Det ble bekreftet på en pressekonferanse fredag kveld.
– Etter en evaluering av Vilanovas tilstand har vi kommet fram til at det er umulig for ham å fortsette som trener, sier Barcelona-president Sandro Rosell.
Både superstjernen Lionel Messi og store deler av Barcelona-stallen var på plass under seansen. Tito Vilanova selv var ikke på plass.
Presidenten fortalte at mer rundt en ny trener vil bli kjent neste uke. Barcelona skulle egentlig spille treningskamp i Polen i helgen. Den kampen er nå avlyst.
Fikk påvist kreft
Tidligere fredag meldte blant annet avisa Mundo Deportivo at Barcelona-treneren var ferdig etter sykdomsplager over en lengre periode.
Tito Vilanova (44) har slitt med kreft det siste året og måtte være borte fra de spanske seriemesterne deler av forrige sesong.
Spansk presse skrev fredag at treneren har fått et tilbakefall og at han nå har bestemt seg for å gi seg som manager i storklubben.
Barcelona gjester Norge og Oslo i neste uke. Laget skal spille treningskamp mot Vålerenga på Ullevaal stadion.
Operert i fjor
Joan Francesc Ferrer Rubi blir av ulike medier nevnt som midlertidig etterfølger.
Vilanova ble manager for førstelaget til Barcelona i fjor sommer etter at Pep Guardiola valgte å gi seg. Vilanova ledet Barcelona til seriegull i første forsøk.
Fra 2008 til 2012 var han assistent under Guardiola.
I desember i fjor ble Vilanova operert for kreft - og han var borte fra Barcelona til mars i år. I mellomtiden var Jordi Roura lagets hovedtrener.
Vilanova tilbragte to måneder i New York tidligere i år, der han gjennomgikk behandling av sykdommen.
Fra Katalonia
Vilanova spilte selv i Barcelonas ungdomsakademi på 1980-tallet. Han spilte også på Barcelonas B-lag fra 1988 til1990 for han spilte i en rekke andre spanske klubber. Blant annet Celta Vigo (92-95) og Mallorca (96-97).
Trenerkarrieren startet han i 2007 som assistent på Barcelonas B-lag, før han gikk gradene til å bli A-lagets manager.
Vilanova og Guardiola sikret laget 14 titler fra 2008 til 2012.