Rooney havia substituído o treinador John Eustace em 11 de outubro – há apenas 83 dias – com o Birmingham em sexto lugar na tabela da Championship.
Agora o ex-atacante do Manchester United e do Everton entrega a equipe na 20ª posição do campeonato, depois de nove derrotas e apenas duas vitórias em 15 jogos.
Este foi o terceiro trabalho de Rooney como técnico, após passagens pelo Derby County e DC United.
"Infelizmente, o tempo de Wayne conosco não foi como planejado e decidimos seguir em outra direção", disse o CEO do Birmingham, Garry Cook.
"A busca por um sucessor começa com efeito imediato e informaremos os torcedores quando tivermos mais notícias," acrescentou ele.
Steve Spooner, treinador das categorias de base do clube, assume de forma interina.