The Wall Street Journal - som ägs av Rupert Murdoch, som också äger Fox News - rapporterar att nätverket "förbereder sig på att skära slipsar" med presentatören.
Trycket på Fox har ökat sedan nyligen rapporter om att fem kvinnor fick 13 miljoner dollar i utbetalningar på grund av Mr O'Reilly.
Mer än 50 sponsorer har dragit tillbaka annonser från hans show, O'Reilly Factor.
Amerikanska medier rapporterar att styrelsen för 21:a århundradet Fox kommer att hålla ett möte om frågan på torsdag.
Enligt New York Magazine höll cheferna krismöten på onsdag morgon för att diskutera hur man gör sig av med Mr O'Reilly.
Presentören, som har varit med i nätverket nästan sedan starten, har förnekat alla anklagelser.
På tisdag kväll en advokat för en före detta afroamerikansk kontorsarbetare på Fox hävdade hennes klient hade trakasserats av Mr O'Reilly 2008.
Advokaten Lisa Bloom sa att Fox News värd hade kallat den oidentifierade kvinnan "varm choklad".
"Han skulle leer på henne", sade ms Bloom. "Han gjorde alltid så här när ingen annan var där, och hon var rädd."
Analys: Anthony Zurcher, BBC News, Washington
De sexuella trakasserierna mot Bill O'Reilly är inte nya. De har bubblat upp förut och har tyst förts fram ur sikte, tack vare flera miljoner dollar rättsliga uppgörelser.
Men nu verkar de vara redo att få ner den högst rankade konservative pratföreståndaren.
Så vad förändrades? Var det löjliga detaljer om hans påstådda beteende? Protesterna? Kommersiella sponsorer överger sin show? Hur skandalen kan påverka 2000-talets försök att köpa det europeiska TV-bolaget Sky?
Alla bidrog förmodligen till O'Reillys förestående utgång. Knarket i den berömda dammen kom emellertid när Fox News chef Roger Ailes fick sparken för sin egen sexuella trakasserier skandal.
Om Ailes, som byggde det konservativa tv-imperiet, kunde sänkas på grund av sitt tawdry-beteende, var ingen oåtkomlig - inte ens O'Reilly.
Välkommen till Fox News i Donald Trump-eran. Mr Ailes är ute. Mr O'Reilly är nästan borta.
Presentören Megyn Kelly har bultat till NBC. Den enda jätten som står kvar är Trump superfan Sean Hannity.
Ett nätverk som definierade sig själv genom en total opposition mot Barack Obama verkar nu driva på, utmanas av mer aggressiva konservativa medier och giftigt till vänster.
Det är en svår position att inta - ett offer för sin egen framgång... och hybris.
O'Reillys advokat Marc Kasowitz sade att den senaste anklagelsen var en del av en "brutal kampanj för karaktärsmord som saknar motstycke i efter-McCarthyist America".
Kasowitz sade att detta drevs av "vänsterlånga organisationer som ville förstöra O'Reilly av politiska och ekonomiska skäl".
Protester - inklusive självdeklarerade överlevande av sexuella övergrepp och trakasserier - dök upp på tisdagen utanför Fox News högkvarter i New York.
De krävde branden mot värden, som nyligen skrev på ett kontrakt på 20 miljoner dollar per år.
Planer flög ovanför med banderoller fastsatta som löd: "Fox: #dropOReilly, det sexuella rovdjuret."
Konservativ bloggare Matt Drudge vägde också in i sin första någonsin inlägg på sitt personliga Twitter-konto, verkar ta farväl av Mr O'Reilly.
"O'Reilly har haft en enorm körning," skrev han. "Mycket få i branschen får bestämma när och hur saker och ting ska sluta. Media är mest brutalt av alla branscher..."
Fox News värd är på semester i Italien fram till den 24 april, men om han återvänder till sin nattliga slot är allvarligt tvivel.
Media-väktare säger att trakasserierna har blivit för mycket av ett ansvar för 21th Century Fox.
En aktuell oro för familjen Murdoch är deras väntande $14 miljarder (€11 miljarder) affär för att köpa ut satellitleverantören Sky, som granskas av brittiska tillsynsmyndigheter.
Tidigare denna månad godkände myndigheterna tillsammans med Europeiska kommissionen 21 Century Fox att förvärva de återstående 61 % av Sky som den ännu inte äger.
Källor på företaget berättar för amerikanska medier att Rupert Murdoch var för att hålla Mr O'Reilly i sin post.
O'Reilly-faktorn drar nästan fyra miljoner tittare per natt.
Men James Murdoch, Ruperts son och verkställande direktör för 21st Century Fox, hävdade enligt uppgift att Mr O'Reilly borde gå.
Företagets rykte har drabbats efter att anklagelserna om sexuella trakasserier också riktades mot Roger Ailes, den tidigare chefen för Fox News.
Ailes avgick 2016 efter att ha stämts av en före detta Fox News presentatör, Gretchen Carlson.
Han anklagades också för "oönskade sexuella närmanden" av populär värd Megyn Kelly, som lämnade Fox för NBC förra året.
Fox News är på väg att släppa landets topprankade nyhetsvärd, Bill O'Reilly, bland påståenden han sexuellt trakasserade kvinnliga kollegor.