I en offentlig uttalelse bekrefter flyprodusenten at Muilenburg har «trukket seg fra sin stilling med umiddelbar virkning».
Ifølge Boeing er utskiftinga «nødvendig for å gjenopprette tilliten til selskapet» og reparere forholdet til kunder, sikkerhetsmyndigheter og andre som har interesser knyttet til flyprodusenten.
Prisen på Boeing-aksjene gikk opp 2,5 prosent på Dow Jones-børsen I USA da nyheten om toppsjefens avgang sprakk, melder nyhetsbyrået AFP.
- Vil du ha ukebrev fra NRK Urix? Klikk her
346 mennesker omkom
Tidligere i desember sa Boeing at de kommer til å stanse all produksjon av 737 Max i januar etter de to flystyrtene, som kostet 346 menneskeliv.
Flyulykkene utenfor kysten av Indonesia og i Etiopia ga ei stygg ripe i lakken til flyprodusenten, og førte til at selskapet ble etterforsket av flymyndighetene i USA, FAA.
737 Max ble satt på bakken verden rundt. Det tidligere så populære flyet har så langt ikke fått tillatelse til å fly igjen, på tross av at selskapet blant annet har fikset en feil på programvaren, skriver CNN.
Få flyselskaper la inn nye bestillinger av samme flytypen. Andre bestillinger ble kansellert. Dermed må selskapet nå stanse produksjonen.
- Les: Flyet som har blitt en hodepine for Boeing
- Les mer: Eksperter: Derfor styrtet flyet til Ethiopian Airlines
Kritisert av flymyndighetene
Flymyndighetene har tidligere kritisert Dennis Muilenburg og Boeing for å forsøke å presse fram en tillatelse til å få 737 Max-flyet raskt tilbake på vingene.
I oktober sa Boeing at 737 Max-flyene trolig vil være på vingene i desember. I november annonserte selskapet det som av mange ble oppfattet som et løfte om at flyet vil være på vingene i januar 2020.
23 november kom nyheten om at Boeings kommunikasjonssjef Ann Toulouse trakk seg fra jobben i det kriserammede flyselskapet.
Toulouse var da den andre høytstående kommunikasjonslederen som forlot selskapet.
Styreformann David Calhoun trer inn som administrerende direktør i januar neste år. Ifølge Calhoun har han «stor tro på framtida til Boeing og 737 Max».