В 1982 году Тимченко поступил на службу в ленинградское представительство Министерства внешней торговли Советского Союза старшим инженером. В 1987 году перешел на должность заместителя генерального директора государственной внешнеторговой компании «Киришинефтехимэкспорт», принадлежащей нефтеперерабатывающему заводу в г. Кириши.
В 1991 году начал работу в финском подразделении совместного предприятия Urals Finland Oy. В 1994 году выступил соучредителем компании «Кинэкс. В 1997–2001 гг. занимал должность генерального директора в International Petroleum Products Oy (прежнее название Urals Finland Oy).
В 1997 году создал компанию Gunvor вместе с партнером Торбьерном Торнквистом. В 2003 году стал соучредителем нефтяной компании «Трансойл». В начале 2000-х годов переехал вместе с семьей на постоянное место жительство в Швейцарию, при этом сохраняет гражданство России и Финляндии. В 2007 году Тимченко создал холдинг Volga Resources и зарегистрировал его в Люксембурге (в 2013 году холдинг был переименован в Volga Group).
В 2009 году приобрел крупный пакет акций ОАО «Новатэк» и стал членом совета директоров. Весной 2014 года в отношении Геннадия Тимченко были введены санкции США. Это вынудило его продать доли в Gunvor и других компаниях. В Госдепартаменте США
отмечали, что «деятельность Тимченко в энергетическом секторе напрямую связана с президентом РФ Владимиром Путиным». Сам Путин неоднократно
подтверждал в СМИ свою давнюю дружбу с Тимченко.
Геннадий Тимченко
занимает пятую строчку в списке Forbes «200 богатейших бизнесменов России 2018 года» с состоянием 16 млрд долл.