Den tidigare målvakten i Italien, 56, ersatte Kenny Jacket den 30 juli, kort efter att det kinesiska konglomeratet Fosun International köpte klubben.
Trots betydande investeringar i speltruppen i augusti, har vargar bara vunnit fyra av 14 liga matcher och är 18: e i mästerskapet.
Zengas assistent Stefano Cusin har också lämnat Molineux.
Första lag tränare Rob Edwards har placerats i tillfällig laddning och kommer att förbereda laget för lördagens match på Blackburn.
En 1-0 hem nederlag av Leeds den 22 oktober var Vargar fjärde förlust i fem liga matcher, även mittfältare Dave Edwards berättade BBC WM 95.6 efter spelet att Zenga behöll stödet för sin spelgrupp.
Nio mästerskapsklubbar utnämnde nya chefer innan säsongen 2016-17, men Zengas avgång från vargar innebär att endast fyra av dem stannar kvar på sina poster.
Roberto di Matteo, Paul Trollope, Nigel Pearson och Alan Stubbs lämnade Aston Villa, Cardiff, Derby respektive Rotherham i oktober.
Rob Gurney, BBC WM 95,6
Den klippta, "framgång igår" kulturen fotboll i den moderna eran illustreras perfekt här, med Zenga ges mindre än tre månader för att bevisa sig själv.
Hans träningsmetoder var tydligt populära hos spelarna, men även en del av hans personalbeslut ansågs nyfikna.
Att integrera ett stort antal nya spelare, men tekniskt skickliga, skulle inte bli lätt, men ägarna Fosun har beslutat att någon annan kan göra bättre i jakten på de gränslösa rikedomar Premier League.
Zengas passion och engagemang var tydligt. Han var ofta en kontradiktorisk intervjuare och trodde orubbligt att han hade rätt och att inkvisitorn hade fel.
Till slut bestämde hans arbetsgivare att han hade fel. Och så till nästa...
Championship club Vargar har separerat sällskap med huvudtränare Walter Zenga efter bara 87 dagar i ledningen.