Tymosjtsjoek maakte op 26 april 2000 zijn debuut in het Oekraïens voetbalelftal in een vriendschappelijke interland tegen Bulgarije (0–1 overwinning). Tymosjtsjoek speelde op het wereldkampioenschap voetbal 2006 in Duitsland vijf wedstrijden voor Oekraïne en op het Europees kampioenschap voetbal 2012 in eigen land drie wedstrijden. Op 19 mei 2016 werd Tymosjtsjoek opgenomen in de Oekraïense selectie voor het Europees kampioenschap voetbal 2016 in Frankrijk. Oekraïne werd in de groepsfase uitgeschakeld na nederlagen tegen Duitsland (0–2), Noord-Ierland (0–2) en Polen (0–1).