Тимонов — воспитанник футбольной школы клуба «Ботев» из Пловдива, первый свой профессиональный контракт с главной командой он заключил в 17 лет. Контакт был подписан на 5 лет. Первый свой официальный матч в чемпионате Болгарии провёл 29 ноября 2003 года в игре против софийского «Локомотива», в той встрече Тодор заменил Стояна Сеймински во втором тайме и провёл на поле 5 минут. Матч завершился победой клуба из Софии со счётом 1:0. В течение четырёх лет молодой полузащитник провёл в составе «Ботева» 44 матча (29 в Высшей лиге и 15 в Первой), в которых отметился 4 мячами (1 в Высшей лиге и 3 в Первой). В декабре 2007 он был отдан в аренду до конца сезона в «Несебыр» из одноимённого города. Летом 2008 года Тимонов вернулся в свой родной клуб. Годом позже он подписал трёхлетний контракт с софийским ЦСКА, куда перешёл на правах свободного агента.
6 февраля 2010 Тимонов перешёл в российский клуб «Анжи» из Махачкалы за 500 000 евро. В конце февраля 2011 года перебрался в «Ботев».
С 2006 по 2008 играл за молодёжную сборную Болгарии, за которую провёл 8 матчей.
Благодаря технике и дриблингу, которые он проявлял, играя в «Ботеве», болельщики клуба дали ему прозвища «Принц Пловдива» и «Лимон».
Позднее главный тренер клуба из Дагестана Гаджи Гаджиев заявил, что по его мнению Тимонов употребил мат скорее из-за незнания русского языка, который он осваивает, нежели по умыслу, однако, он в любом случае будет оштрафован, согласно условиям контракта.