I ett brev till påven Francis den här månaden anklagade Krzysztof Charamsa kyrkan för att göra miljontals homosexuella katolikers liv globalt "helvete".
Han kritiserade vad han kallade Vatikanens hyckleri när han förbjöd homosexuella präster, trots att han sade att prästerskapet var "full av homosexuella".
Påven Francis har ännu inte svarat.
Fram till den 3 oktober innehade Monsignor Charamsa en ledande befattning i Vatikanen i församlingen för trons lära, den avdelning som upprätthåller den romersk - katolska läran.
Vatikanen tog omedelbart av honom hans post efter att han höll en nyhetskonferens på en restaurang i Rom för att meddela att han var både gay och i ett förhållande. Det är meningen att romersk - katolska präster skall vara celibater.
Vid den tiden, Heliga stolen sade prästens beslut att komma ut på kvällen av Vatikanens synod på familjen hade varit "oansvarig, eftersom det syftar till att utsätta synodförsamlingen för otillbörlig media press".
Den polske prästen har till BBC släppt en kopia av brevet han skickade till påven, skrivet samma dag som tillkännagivandet, där han kritiserar kyrkan för "förföljelse" och orsakar "omåttligt lidande" för homosexuella katoliker och deras familjer.
Han säger att efter en "lång och plågad period av urskillning och bön" hade han fattat beslutet att "offentligt avvisa kyrkans våld mot homosexuella, lesbiska, bisexuella, transsexuella och intersexuella människor".
43-åringen säger att medan det romersk-katolska prästerskapet är "fullt av homosexuella", är det också "ofta våldsamt homofobiskt", och han uppmanar "alla homosexuella kardinaler, homosexuella biskopar och homosexuella präster [att] ha modet att överge denna okänsliga, orättvisa och brutala kyrka".
Han säger att han inte längre kan bära det "homofobiska hatet mot kyrkan, uteslutningen, marginaliseringen och stigmatiseringen av människor som jag", vars "mänskliga rättigheter förnekas" av kyrkan.
Prästen fortsätter att tacka påven Francis - som anses ha en mildare inställning till homosexualitet än några av hans föregångare - för några av hans ord och gester mot homosexuella människor.
Påven träffade nyligen en homosexuell före detta elev till honom under hans senaste besök i USA, och har tidigare sagt att homosexuella människor inte bör marginaliseras i samhället.
Men Krzysztof Charamsa säger att påvens ord bara kommer att vara värdefulla när alla uttalanden från Heliga stolen som är offensiva och våldsamma mot homosexuella dras tillbaka.
Han uppmanade också kyrkan att upphäva ett beslut som fattats av hans föregångare, påven Emeritus Benedict XVI, att underteckna ett dokument 2005 som förbjuder män med djupt rotade homosexuella tendenser att bli präster.
Den polske prästen uttrycker påven Benedicts "diaboliska" påstående att homosexualitet var "en stark tendens till en inneboende moralisk ondska".
Prästen skriver att HBTQ-katoliker har rätt till familjeliv, "även om kyrkan inte vill välsigna det".
Han kritiserar senare Vatikanen för att sätta press på stater som har legaliserat lika eller samkönade äktenskap.
Han uttrycker också sin oro över den inverkan som hans ankomst kan ha på behandlingen av hans mor i Polen, "en kvinna med orubblig tro", och säger att hon inte bär något ansvar för hans handlingar.
Synoden slutade på söndagen, men gjorde ingen förändring i sin pastorala inställning till homosexuella katoliker.
Det slutliga dokument som synodfäderna enades om upprepade kyrkans lära att homosexuella katoliker bör välkomnas med "respekt" och "värdighet". Men det upprepades att det inte fanns någon "grund för någon jämförelse, hur avlägsen den än är, mellan homosexuella fackföreningar och Guds utformning av äktenskapet och familjen".
Synoden röstade igenom en punkt där det sades att det var oacceptabelt att utöva påtryckningar på lokala kyrkor om deras inställning till samkönade fackföreningar, eller att internationella organisationer skulle göra ekonomisk hjälp beroende av att fattiga länder inför lagar för att "tillåta eller institutionalisera" äktenskap mellan människor av samma kön.
En högt uppsatt präst i Vatikanen, som berövats sin tjänst efter att ha erkänt att han hade haft ett homosexuellt förhållande, har utlyst en svidande attack mot den romersk - katolska kyrkan.