Bakgrunden är en konflikt med landets finansminister Andrej Babis från det liberal-populistiska ANO 2011, som ingår i socialdemokraten Sobotkas regeringskoalition. Sobotka anklagar Babis för skattefusk, enligt den österrikiska nyhetsbyrån APA.
Sobotka ska lämna in sin avskedsansökan till president Milos Zeman senare i veckan, säger han vid en presskonferens i Prag.
Beskedet kommer bara sex månader innan parlamentsval ska hållas i Tjeckien.
Bohuslav Sobotka har lett det tjeckiska socialdemokratiska partiet sedan 2010. Han har varit premiärminister sedan 2014.