Den 38-årige grundaren Zhang Yiming meddelade sin avgång i ett brev där han motiverade beslutet med att han inte var så intresserad av att arbetsleda människor, och att han hellre vill ägna sig åt att "dagdrömma om vad som kan bli möjligt".
Beskedet kommer i en tid av regelskärpningar och åtstramningar riktade mot teknikbolag i Kina. Flera andra företrädare för teknikbolag i landet har lämnat sina poster de senaste månaderna.
Bytedance har vuxit explosionsartat de senaste åren. Som ägare av den populära sociala medier-appen Tiktok har de lockat hundratals miljoner användare världen över.
Förra året hade Bytedance nästan 300 miljarder kronor i intäkter och nära fördubblade antalet anställda, enligt Financial Times.
Den nu avgående Zhang Yiming har blivit Kinas femte rikaste person sedan han grundade företaget 2012. Det är ännu oklart om han stannar kvar i styrelsen. Medgrundaren Liang Rubo tar över vd-posten i företaget.