Den 33-årige fladdermössen, Englands all-time ledande run-scorer över alla format, fick nyheten av England och Wales Cricket Board (ECB).
ECB:s verkställande direktör Paul Downton sade: "Tiden är rätt att återuppbygga inte bara laget utan också lagets etik."
"Om England har misslyckats i sina försök att hantera honom, så har alla andra det också."
Läs mer från Jonathan Agnew
Pietersen svarade: "Jag kommer att fortsätta att spela men beklagar djupt att det inte kommer att vara för England."
Han gjorde 8,181 körningar på i genomsnitt 47 i 104 tester, förutom 4 440 körningar i 136 en dag internationella och 1 176 körningar i 37 Twenty20s.
"Spela cricket för mitt land har varit en ära", sade Sydafrika-född Pietersen, som gjorde sin England debut 2004.
"Varje gång jag drog på mig Englands skjorta var ett ögonblick av stor stolthet för mig och det är något som kommer att leva med mig för evigt.
"Även om jag uppenbarligen är mycket ledsen den otroliga resan har kommit till ett slut, Jag är också enormt stolt över vad vi, som ett team, har uppnått under de senaste nio åren. Jag tror att jag har en hel del kvar att ge som cricketer."
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
England vitkalkades 5-0 av Australien i Ashes Test serien och Pietersen, hans teams ledande run-scorer, kritiserades för hur några av hans uppsägningar.
Han sade förra månaden var han "fast besluten att hjälpa till att återvinna asherna" i England 2015 och ingick i en provisorisk 30-man trupp för World Twenty20 i Bangladesh, med start i mars, när limited-over coach Ashley Giles beskrev honom som en "million-pound tillgång".
Men ECB har nu beslutat att han inte längre har en framtid med England och kommer att namnge deras trupp för World Twenty20, plus en begränsad turné i Västindien som börjar senare denna månad, denna vecka.
ECB sade att den engelska ledningen, som inkluderar Giles, Downton och den nationella väljaren James Whitaker, "enhälligt" kom överens om att Pietersen inte skulle ingå i deras planer för dessa resor eller längre bort.
Downton, som tog över från Hugh Morris den 1 februari, tillade: " Uppenbarligen var detta ett tufft beslut eftersom Kevin har varit en så framstående spelare för England, som det faktum att han är landets ledande run-scorer i internationell cricket visar.
"Men alla var medvetna om att det fanns ett behov av att börja den långsiktiga planeringen efter Australien-turnén. Därför har vi bestämt att tiden är rätt att blicka framåt."
ECB:s beslut, som tillkännages genom ett uttalande, sätter punkt för Pietersens lysande men kontroversiella karriär.
Han anses av många som Englands bästa spelare - hans räkning av 23 Test århundraden är andra att testa kapten Alastair Cook i all-time-listan - och bara sex spelare har spelat fler tester för England.
I sin debuttestserie 2005 hjälpte han England att vinna asherna för första gången på 18 år, en av fyra ashes triumfer i sin karriär.
Utsedd kapten 2008, avgick han efter bara fem månader efter vad ECB beskrev som ett "oåterkalleligt sammanbrott" i sitt förhållande till då coach Peter Moores, som avskedades.
"ECB utser snart en ny chef för cricket. Tänk om han vill ha tillbaka KP? Det är ett mycket konstigt beslut för England att göra."
Läs mer från Michael Vaughan, Geoffrey Boycott & Alec Stewart
Pietersen utsågs till spelare i turneringen när England vann World Twenty20 2010, deras första stora limited-overs trofé.
Han pensionerade sig från internationella limited-overs cricket i maj 2012 innan han vände sitt beslut två månader senare.
Den Surrey fladdermössen släpptes under Test serien mot Sydafrika den sommaren för att skicka "provocativa" textmeddelanden till motsatta spelare, för vilken han bad om ursäkt till då kapten Andrew Strauss.
Pietersen förbisågs för Englands World Twenty20 försvar senare samma år och lades till på turnéfesten för vinterresan till Indien först efter en framgångsrik "integrationsperiod".
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Askarna som slog ner under följdes av rapporter om divisioner i Englands omklädningsrum, men före detta spinnaren Graeme Swann, som drog sig tillbaka halvvägs igenom serien, hävdade att Pietersens beteende hade blivit "mycket förbättrat" sedan han återinträde.
Strax innan han slutade som lagchef förra veckan, vägrade Andy Flower att utfärda ECB med ett ultimatum att välja mellan honom eller Pietersen.
Downton sade: "England cricket är skyldig en skuld av tacksamhet till Kevin, som har visat sig vara en av de mest begåvade och spännande spelare att någonsin representera landet och hans 13797 körningar är ett vittnesbörd om hans enorma skicklighet.
"Detta beslut ger viss klarhet nu för framtiden för Englands lag och vi alla önskar Kevin det allra bästa i resten av hans karriär."
Kevin Pietersens karriär i England är över efter att han fick veta att han inte längre ingår i landslagets planer.