Han får sparken i ettermiddag etter et krisemøte i klubben, rapporterer spanske medier.
Visepresident Emilio Butragueno og sportsdirektør Arrigo Sacchi skal allerede ha informert Luxemburgo om avgjørelsen.
Wanderley Luxemburgo (Foto: Reuters/Scanpix)
Real Madrid slo byrival Getafe 1-0 i serien lørdag.
Det var klubbens første seier på tre seriekamper.
Madrid ligger på 4. plass i den spanske serien, tre poeng bak lederlagene Barcelona og Osasuna, men har spilt en kamp mer.
Ett år
Luxemburgo overtok som trener i Real rett før nyttår.
Den tidligere brasilianske landslagstreneren overtok da etter sparkede Mariano Garcia Remon.
Flere spanske medier har tidligere hevdet at Juventus-trener Fabio Capellohar inngått en avtale om å overta Real fra sommeren.