A seguito di somministrazione per via orale il farmaco è ben assorbito dal tratto gastrointestinale e la concentrazione plasmatica massima viene raggiunta circa 3-4 ore dopo la somministrazione. L'emivita di eliminazione terminale si aggira intorno alle 70-80 ore. Lo steady-state viene raggiunto entro 21 giorni dall'inizio della terapia. La contemporanea assunzione di un pasto non altera l'assorbimento della molecola. Nell'organismo umano donezepil viene metabolizzato dal sistema del citocromo P450 (in particolare dagli isoenzimi CYP3A4 e CYP2D6) in diversi metaboliti, alcuni dei quali glucuronati. Circa il 95% del composto si lega alle proteine plasmatiche. La distribuzione di donepezil nei diversi tessuti del corpo umano non è completamente nota. Alcuni studi indicano che il composto e/o i suoi metaboliti possono permanere nell'organismo per 10 o più giorni. Studi eseguiti utilizzando una molecola marcata con carbonio 14 hanno evidenziato che circa il 57% della radioattività totale può essere recuperata nelle urine (in parte come farmaco immodificato) e circa il 15% nelle feci.