Easterbrook skriver i ett mejl till personalen att han har haft en kärleksrelation med en anställd i företaget och att det var ett misstag. Företagets policy tillåter inte chefer att ha relationer med anställda.
Styrelsen har redan utsett Chris Kempczinski till ny vd, rapporterar nyhetsbyrån AP. Kempczinski kommer från posten som styrelseordförande för McDonalds USA och tackar i ett uttalande Easterbrook, som han kallar sin mentor.
Började i företaget 1993
Steve Easterbrook började jobba för McDonalds i London 1993 och blev högsta chef för den multinationella snabbmatsjätten 2015.
Han anses ligga bakom flera förändringar under senare år, bland annat automaterna där kunderna beställer sina måltider. Börsvärdet har mer än fördubblats sedan han blev vd, skriver BBC.
McDonalds är inte det enda företaget som förbjuder relationer av detta slag. Vd:n för mjukvarujätten Intel, Brian Krzanich, avgick i fjol efter fem år på grund av en relation med en anställd i företaget.