Barcelona har endast vunnit två av sina sju senaste matcher, och trillat ner till nia i tabellen.
Koeman sade efter onsdagens match att tabelläget säger allt om hur dåligt laget mår just nu.
– Laget mår inte bra, och där finns ingen balans. Det syns att laget tappat verkligt effektiva spelare. Under de senaste åren har de övriga klubbarna förstärkts, men inte vi, sade Koeman enligt Sky Sports.
Barcelona kommenterade uppsägningen knapphändigt.
– Ronald Koeman tar farväl av laget på torsdag. Barcelona önskar Koeman allt gott, meddelade Barcelona.
Den 58-årige Koeman har varit tränare för Barcelona sedan augusti 2020. Nederländaren har också ett förflutet som spelare i klubben.
Under förra säsongen fick Barcelona nöja sig med en tredje plats i den spanska fotbollsligan, och åkte ut ur Champions League i åttondelsfinalen.
I år har spelet fungerat ännu sämre. Laget tappade sin största stjärna Lionel Messi till PSG före säsongstarten, och spelet har inte alls fungerat utan honom, varken i La Liga eller i Champions League.
Koemans kontrakt sträckte sig över denna säsong. Vem som ersätter Koeman är ännu inte klart. Klubbens förre mittfältsstjärna Xavi Hernandez har nämnts som en potentiell efterträdare. Xavi fungerar som bäst som tränare i fotbollsligan i Qatar.