"Jag tar fullt ansvar för nederlaget", sade Matteo Renzi i ett tv-sänt tal enligt Reuters.
Femstjärnerörelsen trycker nu på för att nya val ska hållas tidigt under nästa år.
Euron föll på beskedet till 20-månaderslägsta mot dollarn.
Omkring 05.30 handlas euron i 1:0543 mot dollarn.
Tappet under måndagens handel är det största under en enskild session sedan i juni.
"Det är inte svårt att se ett nytt val, och det är inte svårt att se femstjärnerörelsen få makten och de har i princip sagt att de vill lämna antingen EU eller Euron eller båda" sade Mark Willis vid State Street Global Advisors, enligt Reuters.
