Lampards letztes verantwortliches Spiel war der 3: 1-Sieg am Sonntag gegen Luton Town in der vierten Runde des FA Cup.
Er gilt als einer der besten Spieler, die jemals auf der Stamford Bridge gespielt haben. 2014 verließ er den Blues, nachdem er in 13 Jahren drei englische Premier League-Titel gewonnen hatte.
Der 42-Jährige kehrte im Juli 2019 als Cheftrainer des Vereins zurück.
Lampard erlebte eine erfolgreiche erste Saison, in der sich der Londoner Club für die UEFA Champions League qualifizierte und das FA Cup-Finale erreichte.
Der frühere englische Nationalspieler wurde im Sommer-Transferfenster von Eigentümer Roman Abramovich unterstützt, der unter anderem die deutschen Nationalspieler Kai Havertz und Timo Werner unter Vertrag nahm.
Aber nach einem starken Saisonstart hat die Form des Vereins nachgelassen.
Lampard verlässt den Verein nach fünf Niederlagen in den letzten acht Ligaspielen als Neunter in der Premier League.
In einer Erklärung sagte Abramovich: "Dies war eine sehr schwierige Entscheidung für den Verein, nicht zuletzt, weil ich eine ausgezeichnete persönliche Beziehung zu Frank habe und ihm größten Respekt entgegenbringe.
"Er ist ein Mann von großer Integrität und hat die höchste Arbeitsmoral. Unter den gegenwärtigen Umständen glauben wir jedoch, dass es am besten ist, Manager zu wechseln."
Lampard ist der 12. Chelsea-Manager, der entlassen wurde, seit der russische Milliardär Abramovich den Verein 2003 gekauft hat.
Der frühere Manager von Paris Saint-Germain und Borussia Dortmund, Thomas Tuchel, ist der Favorit, der Lampard an der Stamford Bridge ersetzt.
Chelsea tritt am Mittwoch mit einem Heimspiel in der Premier League gegen Wolverhampton Wanderers auf.