Cole, 45, kreeg de functie in maart -- zijn eerste managementrol -- en won één van zijn acht wedstrijden onder leiding van de Serie B-club, die als 11e eindigde terwijl hun play-offpoging faalde.
Cole schreef op Instagram dat hij had besloten een nieuwe uitdaging te zoeken na gesprekken met de sportdirecteur van de club over een verandering in strategische richting.
"Nu mijn termijn bij Cesena FC vandaag eindigt, wil ik de spelers en staf bedanken voor hun harde werk en inzet in de afgelopen maanden.
"Ik was trots om mijn ervaring naar zo'n gepassioneerde club te brengen, en ik heb echt genoten van het werken met de selectie om een nieuwe identiteit te introduceren en me voor te bereiden op het komende seizoen.
"Na recente gesprekken met de Sportdirecteur over een verandering in de strategie van de club, heb ik besloten dat het het beste is voor mij om verder te gaan. Ik vertrek met groot respect voor alle mensen daar, evenals de fans, en kijk uit naar mijn volgende uitdaging."
Cole is sinds zijn pensioen uit het voetbal in 2019 bij Derby County op verschillende niveaus gaan coachen, waar hij een spelerscarrière beëindigde die hem meer dan 700 wedstrijden opleverde, een Champions League, Premier League-titel, vier FA Cups, Europa League, League Cup en Community Shield bij Chelsea, plus twee Premier League-titels en drie FA Cups bij Arsenal. Hij had ook periodes bij AS Roma en LA Galaxy.
Sinds hij zijn schoenen aan de haak hing, heeft hij gewerkt als assistent van Frank Lampard bij Everton en Chelsea, van Wayne Rooney bij Birmingham City, en van Lee Carsley met de Engelse onder-21 en het senior team voordat de Football Association hem als fulltime nationale coach binnenhaalde. Hij heeft 107 interlands voor Engeland gespeeld.