“Efter veckor av noggrant övervägande har jag bestämt mig för att det är i byråns bästa intresse att jag tjänstgör till slutet av den nuvarande administrationen i januari och sedan avgår”, sa han enligt NBC News.
Tillträdande president i USA Donald Trump har tidigare meddelat att han vill ha lojalisten Kash Patel som chef för FBI.
Chefen för FBI brukar sitta på posten i tio år, sedan en reform genomfördes efter Watergate-skandalen. Wray tillträdde sin post 2017.
Trump har tidigare antytt att han inte är förtjust i Wray, och sagt att han “invaderade Mar-a-Lago”, med hänvisning till 2022 FBI:s sökning av Trumps bostad i Florida efter hemligstämplade dokument.
Patel, tidigare bland en annan åklagare och nu i teamet som förbereder Trumps invigning i januari, har sagt att han vill gå efter alla som han hävdar hjälpte Joe Biden att “rigga valet” 2020 så att Trump förlorade Vita huset till Biden.
Han vill också jaga tjänstemän som läcker till media och göra det lättare att stämma journalister.