El Leicester perdió 2-1 el sábado en casa ante el Chelsea y es 16º en la clasificación.
El técnico galés de 44 años "deja su puesto de entrenador del primer equipo con efecto inmediato", explicaron los 'Foxes'.
"El club inicia el proceso de designación de un nuevo entrenador, que esperamos concluir en cuanto sea posible", precisó.
Cooper había dirigido anteriormente a Swansea y Nottingham Forest. Llegó al Leicester en junio como sustituto del italiano Enzo Maresca, que se fue al Chelsea tras una única temporada y tras ascender al club de segunda a primera división.
En esta Premier League, el Leicester solo ganó dos de sus 12 primeros partidos, sumando 10 puntos. No ganó ninguno de sus últimos cuatro encuentros ligueros, lo que terminó con la paciencia de los dirigentes del club.