Semyon Konstantinovich Timoshenko werd geboren op 18 februari 1895 in Furmanka (Bessarabië, het huidige Moldavië). Als kind werkte hij op de boerderij van zijn ouders totdat hij in 1917 opgeroepen werd voor militaire dienst, waar hij ingedeeld werd in het tsaristische leger om tegen de Duitsers te vechten in de Eerste Wereldoorlog. Door de krijgsraad werd hij veroordeeld tot een aantal jaren gevangenisstraf voor het beledigen van een officier. Hij wist echter te ontsnappen en voegde zich bij het bolsjewistische Rode Leger dat streed in de burgeroorlog tegen het Witte Leger.
Daar was hij bevelhebber van verscheidene cavalerie-eenheden (achtereenvolgens de 2e Onafhankelijke Cavalerie Brigade, de 6e Cavalerie Divisie en de 4e Cavalerie Divisie) om uiteindelijk benoemd te worden tot commandant van het III Cavaleriekorps, dat deel uitmaakte van het beroemde 1e Cavalerieleger van Semyon M. Budjonny. Timoshenko bewees een meester te zijn in mobiele oorlogvoering. In de burgeroorlog leerde hij bovendien Stalin kennen, die onder de indruk was van Timoshenko's prestaties.
Begin jaren 30 werd Timoshenko opgenomen in de generale staf van het Militaire District Wit-Rusland en daarna in het Militaire District Kiëv totdat hij in 1937 bevelhebber werd van het Militaire District Noord-Kaukasus. Die functie behield hij niet lang, want nog in datzelfde jaar werd hij bevelhebber van het Militaire District Charkov. Hier verbleef hij echter ook niet lang en keerde naar Kiëv terug, maar nu als bevelhebber van dat militaire district. In 1938 werd Timoshenko gepromoveerd tot maarschalk van de Sovjet-Unie en hij was één van de weinige hooggeplaatste militairen die niet in aanmerking kwam voor de zuiveringen van Joseph V. Stalin in de militaire top van het Rode Leger.
Op 17 september 1939 stak Timoshenko als commandant van het 3e Oekraïense Front de grens met Polen over en ontwapende de verzwakte garnizoenen in oostelijk Polen. De verliezen aan Sovjetzijde waren klein, want er was nauwelijks enige vorm van tegenstand. In januari 1940 kreeg Timoshenko de taak om maarschalk Voroshilov te vervangen als commandant van de Sovjetstrijdkrachten in het hoge noorden in de Winteroorlog tegen Finland. De Sovjettroepen hadden daar nederlaag op nederlaag geïncasseerd en Timoshenko kwam orde op zaken stellen. Hij wist de Finnen te verdrijven uit Karelië, maar dat ging wel gepaard gaand met immens grote verliezen. In maart 1940 werd uiteindelijk een vredesverdrag met de Finnen overeengekomen. Timoshenko bleef commandant van het Noordelijke Front dat nu diende als bezettingsleger.
Door de dreigende oorlog met nazi-Duitsland kreeg Timoshenko de functie van opperbevelhebber van de Sovjetstrijdkrachten en werd hij tevens Volkscommissaris van Defensie. Timoshenko kreeg de taak om het Rode Leger te reorganiseren en uit te breiden. Dit was een immense onderneming waarmee hij nog lang niet klaar was toen op 22 juni 1941 de Duitsers de Sovjet-Unie binnenvielen. Timoshenko gaf de discutabele order aan de Sovjettroepen voor een tegenaanval op 23 juni. Deze ongecoördineerde tegenaanval liep op niets uit en honderdduizenden Sovjetsoldaten werden omsingeld en daarna gedood of krijgsgevangen gemaakt. Vervolgens verbleef Timoshenko op het hoofdkwartier in Moskou waar hij Joseph V. Stalin van militaire adviezen voorzag.
Op 2 juli 1941 nam Timoshenko het bevel op zich over het Westelijk Front en niet lang daarna over de Westelijke As. In deze functie leverde hij de slag om Smolensk, waarin de Duitse opmars naar Moskou twee maanden werd opgehouden, zij het ten koste van grote verliezen. Daarna volgde hij in september van datzelfde jaar maarschalk Semyon M. Budjonny op als bevelhebber van de Zuidwestelijke As. Hoewel het te laat was om de vernietiging van vier omsingelde legers bij Kiev te verhinderen, slaagde hij er opnieuw in de Duitse opmars te vertragen, tot deze tenslotte vastliep.
Het volgende voorjaar kreeg Timoshenko als bevelhebber van het Zuidwestelijk Front (later omgedoopt in Stalingrad Front) van Stalin de opdracht om een groot strategisch offensief in te zetten met de bedoeling om Charkov te heroveren. Het Charkovoffensief was aanvankelijk succesvol, maar Stalin bemoeide zich persoonlijk met de te volgen strategie en de operatie eindigde in een ramp. Het Sovjetfront in het zuiden stortte in, waardoor de Duitsers Stalingrad en het noorden van de Kaukasus konden bereiken. Timoshenko werd ontheven van zijn functie, maar korte tijd later weer belast met het bevel over het Noordwestelijk Front. In juli 1942 werd hij opnieuw gedegradeerd door ook van die functie te worden ontheven. Hij bleef echter lid van Stavka en als zodanig coördineerde hij de operaties van het 2e en 3e Oekraïense Front bij hun succesvolle opmars in de Balkanlanden, met als meest in het oog springende prestatie de verovering van Wenen in 1945.
Na de oorlog kreeg Timoshenko de volgende onderscheidingen: de Orde van de Zege en de Orde van Lenin. Bovendien werd hij officieel uitgeroepen tot Held van de Patriottische oorlog en van de Oktoberrevolutie. In 1961 werd Timoshenko echter aangeklaagd voor het feit dat het Rode Leger niet gevechtsklaar was ten tijde van de Duitse invasie van 1941, maar uiteindelijk niet veroordeeld. In de laatste jaren van zijn leven was Timoshenko betrokken bij veteranen-organisaties, totdat hij op 31 maart 1970 stierf in Moskou.