Betsi Cadwaladr University Health Board (BCUHB) gav 20 000 pund mot Lap of Wales Challenge.
Men Wales revisionskontor fann att styrelsen bröt mot sina egna regler och föreskrifter för att hantera finansieringen.
Styrelsetjänstemän sade att de skulle dra lärdom av erfarenheterna efter att revisorerna belyste en brist på öppenhet och dåligt hanterade intressekonflikter.
Revisorerna fann också att hälso- och sjukvårdsnämnden inte följde upphandlingsreglerna när de utsåg leverantörer för evenemanget.
The Lap of Wales Challenge organiserades av Cerddwn Ymlaen under ledning av den nationella arrangören Eryl Vaughan och fronterades av den walesiske operasångaren Rhys Meirion.
Evenemanget kostade mer än 150 000 pund att ordna och överskottet var 1 368 pund.
Utmaningen var att ett antal walesiska kändisar gjorde en veckolång resa genom Wales i juli 2015 för att öka medvetenheten om den walesiska regeringens förändringar av lagstiftningen om organdonation.
Det arrangerades till hjälp av Cronfa Elen. Fonden inrättades av Mr Meirion till minne av sin syster som dog 2012, och införlivades i BCUHB:s egen officiella välgörenhet, Awyr Las/Blue Sky 2014.
Hälsostyrelsen tilldelade 20 000 pund till evenemanget, och ytterligare 20 000 pund kom från Cardiff och Vale Health Board och 45 000 pund från den walesiska regeringen.
Rapporten fann att 10 000 pund av BCUHB:s bidrag beviljades som lån, men pappersarbetet behandlades inte av hälso- och sjukvårdsnämndens finansiella team.
Trots det överfördes medlen.
Cerddwn Ymlaen sade att den inte var medveten om att den fått ett lån snarare än ett bidrag och inte skulle ha gått med på det, om det hade känt till det.
För att säkerställa att Lap of Wales-projektet inte hade något underskott åtog sig Cerddwn Ymlaen ytterligare finansiering för att klara av de kostnader som krävdes för att slutföra utmaningen.
Man uttryckte också oro över ett brott mot hälso- och sjukvårdsnämndens finansiella bestämmelser i samband med denna utmaning.
En talesman för BCUHB sade: "Hälsovårdsnämnden var mycket angelägen om att dra lärdom av denna erfarenhet och bad därför Wales revisionsbyrå att genomföra denna översyn, eftersom vi inser att det är viktigt att arbeta med externa organ för att nå välgörenhetsorganisationernas mål.
"Sådana arrangemang bygger på förtroende, gemensamma mål och ömsesidigt samarbete, men missförstånd kan uppstå."
Tjänstemännen har lagt till ett nytt gemensamt arbetsprotokoll som skulle ge en stabil styrningsram för framtida projekt och kräva att alla arrangemang formaliseras.
Revisorer har ifrågasatt hur en hälsonämnd hanterade finansiering som beviljats till ett kändisledd välgörenhetsevenemang.