Brevet publicerades på sportsajten Tribuna på lördagen, rapporterar nyhetsbyrån AFP. Enligt idrottarna låg fusk bakom Lukasjenkos valseger och de efterlyser ett nytt val i enlighet med internationell standard.
Dessutom kräver brevet ett slut på polisvåldet och att alla politiska fångar släpps.
Bland de som skrivit på finns Anna Guskova, OS-guldmedaljör i alpin freestyle, Aleksandra Herasimenja, tvåfaldig OS-silvermedaljören i simning samt Anna Glazkova som tagit OS-silver i rytmisk gymnastik
Även fotbollsspelaren Igor Shitov, förbundskaptenen inom freestyleskidor, Nikolaj Kozeko, samt nuvarande och före detta landslagsidrottare i simning, volleyboll och modern femkamp har undertecknat.
Brevet säger också att vid eventuella repressalier ska undertecknarna stå i solidaritet med varandra "hela vägen till möjlig vägran att tävla för landslaget".
Ingen utövare av ishockey, Lukasjenkos favoritidrott, har satt sina namn under dokumentet.
En annan som saknas är Darja Domratjeva, fyrfaldig OS-guldmedaljör i skidskytte och gift med den norske legendaren Ole Einar Bjørndalen. Hon har tidigare fördömt våldet på Instagram.