Der Auftritt am Wochenende sei "in keiner Weise akzeptabel" gewesen, sagte Tottenham-Chef Daniel Levy.
Stellini, der erst im vergangenen Monat für Antonio Conte auf die Bank gerückt war, wird durch Ryan Mason ersetzt.
Tottenham liegt in der Premier League auf Rang fünf, sechs Punkte hinter Manchester United, das zudem zwei Spiele weniger absolviert hat. In Newcastle hatten die Spurs schon nach 21 Minuten mit 0:5 in Rückstand gelegen.
Tottenham Hotspur: Kommt jetzt Julian Nagelsmann?
Die Entlassung Stellinis könnte den Weg endgültig für Julian Nagelsmann frei machen. Der Ex-Bayern-Coach möchte der Sport Bild zufolge gerne bei Tottenham anheuern.
Laut The Independent will Nagelsmann allerdings bis zum Sommer warten, bis er nach dem Aus in München ein neues Amt antritt. Die zweite Bedingung für eine Unterschrift bei den Spurs sei ein "entscheidendes Mitspracherecht" bei den Transfergeschäften des Klubs.
Nagelsmann war zuletzt auch beim FC Chelsea im Gespräch. Allerdings erteilte er den Blues eine Absage, weil er dem Vernehmen nach enttäuscht davon gewesen sein, dass er nicht der Top-Kandidat auf den Posten ist. Luis Enrique, Vincent Kompany und Mauricio Pochettino sind ebenfalls im Rennen.
Sollten sich die Spurs nicht mit Nagelsmann einigen können, soll Arne Slot von Feyenoord Rotterdam die erste Alternative sein. Der Coach hat die Niederländer in dieser Saison ins Viertelfinale der Europa Conference League und an die Tabellenspitze der Eredivisie geführt.
