Timoshenko sinh ra trong một gia đình nông dân ở vùng Furmanka, Nam Bessarabia, thuộc tỉnh Odessa của Ukraina hiện nay. Năm 1915, ông nhập ngũ và trở thành một kỵ binh trong quân đội của Đế quốc Nga ở mặt trận phía Tây. Khi Cách mạng tháng Mười năm 1917 nổ ra, Timoshenko đứng về phía những người khởi nghĩa, ông gia nhập Hồng quân năm 1918 và đảng Bolshevik năm 1919.