De avskedade officerarna inkluderar Michael Brelo, en patrullman frikänd från dråpsanklagelser förra året.
Sex andra poliser är avstängda från 21 till 30 dagar.
Skottlossningen följde en höghastighetsjakt som omfattade 62 polisbilar och mer än 100 officerare.
Steve Loomis, ordförande i stadens största polisfack, sa att han skulle bestrida skottlossningarna och avstängningarna.
"Detta är utan motstycke... det är helt politiskt motiverat", sade Mr Loomis. "Denna disciplin stöds inte av fakta."
Händelsen började med ljudet av en liten bil i dålig reparation backfiring, vilket misstogs för ljudet av skottlossning.
Det slutade med att Timothy Russell, som sköts 24 gånger, och Malissa Williams, som sköts 23 gånger.
Flera officerare avfyrade, men bara konstapel Brelo åtalades. Han stod på bilens motorhuv och sköt 15 skott genom vindrutan på 7,4 sekunder.
Han friades från anklagelserna i maj förra året, efter att en domare hade sagt att han inte kunde vara säker på att Brelo var ansvarig för dödsfallen.
Polisen i Cleveland i Ohio har avskedat sex poliser som sköt mer än 100 skott i bilen och dödade ett obeväpnat svart par 2012.