Enligt tidningen Mail on Sunday, som avslöjade avgången innan den bekräftades, begärde David Frost att få avgå för en vecka sedan, men övertalades då att sitta kvar fram till januari.
Downing Street har offentliggjort en skriftlig avskedsansökan riktad till Johnson, där det framgår att han avgår redan under lördagskvällen.
"Det är tråkigt att den här planen blev offentlig redan i kväll och under omständigheterna är det bara rätt att jag avgår redan nu", skriver Frost.
Frost, som är en brexitanhängare, har lett britternas arbete med att återuppta förhandlingarna med Bryssel om villkoren för Storbritanniens utträde ur EU.
Frost skriver att han avgår eftersom "Brexit har säkrats" och att han har varit tydlig med Johnson att han är bekymrad över regeringens inriktning. Han uttrycker även missnöje med de i hans tyckte alltför höga skatterna i landet och de nya coronarestriktionerna.
Boris Johnsons ställning inom Konservativa partiet (Tories) har försvagats kraftigt den senaste tiden. Tidigare i veckan röstade 99 konservativa parlamentsledamöter emot regeringen Johnsons nya coronarestriktioner.
Johnsons förslag gick igenom, dock bara tack vare stöd från socialdemokratiska Labour. Men allt mer ifrågasätts om han har kontroll över situationen.
Lägg därtill att Tories i torsdags förlorade fyllnadsvalet i det klassiskt konservativa valdistriktet i norra Shropshire.