Trump kallade Mika Brzezinski "low IQ crazy Mika", som svar på nedsättande kommentarer om honom på en MSNBC show.
Han hänvisade också till henne "blödde dåligt från en ansiktslyftning" och attackerade hennes medföreståndare Joe Scarborough.
Senator Lindsey Graham sa att Mr Trumps kommentarer var "under kontoret" av president.
Han sa att tweeten "representerar vad som är fel med amerikansk politik, inte USA:s storhet".
"Snälla, sluta. Detta är inte normalt, "tweeted kollega republikanska senator Ben Sasse.
Republikanska husets talman Paul Ryan anslöt sig också till kritiken och sade: " Jag ser inte det som en lämplig kommentar. Vad vi försöker göra här är att förbättra tonen, hövligheten i debatten. Detta hjälper uppenbarligen inte."
MSNBC sade att det var "en sorglig dag för Amerika när presidenten tillbringar sin tid med att mobba, ljuga och spy småaktiga personliga attacker istället för att göra sitt jobb".
Men Vita huset gick till mr Trumps försvar.
"Jag tror inte att presidenten någonsin har varit någon som blir attackerad och inte trycker tillbaka", talesman Sarah Huckabee Sanders berättade Fox News.
"Folk på denna [MSNBC] show har personligen attackerat honom många gånger. Detta är en president som bekämpar eld med eld och definitivt inte kommer att tillåtas bli mobbad av liberala medier och den liberala eliten inom media, eller Hollywood eller någon annanstans."
Brzezinski och Scarborough tillsammans presentera MSNBC frukost show, Morning Joe, som har alltmer förlöjligat president Trump sedan han tillträdde.
Under de senaste veckorna har Scarborough kallat honom en "bumlingdrog", som liknar "en unge som bajsade i sina byxor", medan Brzezinski har hånat medlemmar av administrationen som "lobotomiserad".
"Jag hörde dåligt betyg @Morning_Joe talar dåligt om mig (titta inte längre)," Mr Trump tweetade på torsdag morgon.
Han anklagade "låg I.Q. Crazy Mika" och "Psycho Joe" av "insisterar på att gå med mig" på hans Mar-a-Lago Florida golf resort över tre dagar på nyårsafton.
"Hon blödde rejält från en ansiktslyftning. Jag sa nej!" tillade han.
Den äldre demokraten i representanthuset, Nancy Pelosi, kallade Trumps tweets "sexist, ett angrepp på pressfriheten och en förolämpning mot alla kvinnor".
Brzezinski är dotter till den framlidne Zbigniew Brzezinski, som var medhjälpare till presidenterna Carter och Johnson, medan Scarborough är före detta republikansk kongressledamot. Paret är förlovade med varandra.
Senior amerikanska republikaner har anslutit sig till fördömandet av president Donald Trump över en attack han gjorde på Twitter mot en framstående kvinnlig journalist.