Det hade varit i samtal med stadion operatörer London Legacy Development Corporation (LLDC) i sex månader över en namngivning-rättigheter affär.
Men en Vodafone talesman bekräftade att företaget har "inga planer på att sponsra London Stadium".
En stadion talesman sade att de fortfarande "aktivt söker en namngiven rättighetspartner".
"Intresset är fortfarande högt på marknaden och vi är övertygade om att vi kommer att hitta rätt partner", sade de.
Vodafone har rapporterat en årlig förlust på 5,2 miljarder pund men förnekade detta var en faktor i sitt beslut.
En razzia av HM Revenue and Customs (HMRC) tjänstemän på West Ham kontor förra månaden uteslöts också som en anledning för företaget att dra ut, källor på klubben och Vodafone har sagt.
Det förstås samtal upphörde eftersom Vodafone inte trodde att utbudet av evenemang på arenan där de olympiska spelen 2012 hölls var attraktiv nog för marknadsföringsändamål.
Platsen kan endast vara värd för ett begränsat antal evenemang på grund av dess användning som fotbollsplan, även om World Athletics Championships och flera konserter kommer att hållas där i sommar.
Det här är andra gången ett sponsoravtal på 750 miljoner pund stadion har vacklat.
Det indiska konglomeratet Mahindra hade varit i samtal med LLDC förra året.
West Ham är osannolikt att se några direkta fördelar av ett sponsoravtal som enligt hyresavtalet, LLDC ta första £ 4m per år från namnge-rättigheter avtal.
Telekomföretaget Vodafone har dragit sig ur en 20 miljoner pund affär för att sponsra West Hams London Stadium hem.