31-åringen, som var i sin första chefsroll, verkar ha betalat priset för en chock League Cup exit.
Ett uttalande från Hearts löd: " Styrelsen önskar att det skall bli känt att detta var ett mycket svårt beslut, motvilligt fattat, eftersom varje medlem i styrelsen erkänner att Ian är en mycket begåvad ung tränare med en mycket ljus framtid.
"Vi tackar Ian för alla hans ansträngningar och önskar honom lycka till i framtiden."
Tidigare Newcastle United, Valencia och Rio Ave tränare Cathro utsågs huvudtränare på Tynecastle i december, arbetar under klubbens chef för fotboll Craig Levein.
Scot övervakade en 2-0 nederlag bort till Rangers i sin första match, och i 22 Premiership matcher han var ansvarig förra terminen hans sida förlorade 13, drog fyra och vann fem.
Följden blev att Jambos slutade på femte plats och gick miste om en plats i Europa.
Hans sida slogs också ut ur skotska Cup i en repris mot stadens rivaler Hibernian.
Cathro backades upp på sommaren när klubben tog in ett antal nya ansikten, inklusive Nordirland strejkaren Kyle Lafferty och Skottland försvarare Christophe Berra.
Gorgie männen öppnar sin Premiership kampanj på Celtic Park på lördag, men resultaten i League Cup verkar ha kostat Cathro.
Hearts började gruppscenen med segrar över Elgin City och East Fife men förlorade på League One outfit Peterhead och sedan drog 2-2 med Dunfermline, förlora resulterande straff straff shootout och kraschar ut ur turneringen.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Hjärtan har sparkat huvudtränaren Ian Cathro efter sju månader.