Latics förlorade 1-0 hemma till medrelegering kandidater Bristol City på lördag för att lämna dem fyra poäng från säkerhet med nio matcher kvar.
Tidigare Manchester United Under-21 manager Joyce, 52, tog över i november efter Gary Caldwells avsked men vann bara sex av 24 matcher som ledde.
Biträdande chef Graham Barrow tar över resten av säsongen.
"Det är olyckligt att vi har gjort detta beslut men med laget i en så farlig position i ligan, vi måste agera nu eftersom vi inte har råd att falla längre efter," sade ordförande David Sharpe.
"Resultat och föreställningar har helt enkelt inte varit upp till standard ofta nog i senaste matcherna.
"Även om vi erkänner svårigheterna med att leda ett lag i en liga där vi tävlar mot klubbar med mycket större budgetar, karaktären av några av våra senaste nederlag, särskilt mot nära rivaler, har minskat i termer av vad vi som klubb, och alla våra anhängare, förväntar sig."
Före detta Bolton, Preston, Plymouth, Burnley och Hull City midfielder Joyce undertecknade ett tre och ett halvt års kontrakt med Wigan, men har gått tillsammans med första lagtränare Andy Welsh.
Efter att ha vunnit League One titeln förra säsongen, Latics har kämpat i den andra nivån, och är de lägsta målskyttar, har misslyckats med att hitta nätet i 10 av sina senaste 14 hemmamatcher.
Barrow, 62, är en före detta Wigan midfielder och manager som återvände till klubben 2009 för att arbeta som tränare under Roberto Martinez.
Mästerskapskämpar Wigan Athletic har skilt sig från chefen Warren Joyce efter bara fyra månader.