Kravet kommer efter en tid av protester som skakat landet.
Demonstranternas kritik rör bland annat korruption. Kraven på regeringens avgång växte efter ett polistillslag mot den oppositionelle presidenten Rumen Radevs högkvarter för en knapp vecka sedan.
Uppgifterna om premiärministerns utspel kommer från det styrande Gerbpartiet.
De tre ministrarna väntas lämna in sina avskedsansökningar på torsdagen.
Utspelet från premiärministern ses som ett försök att blidka demonstranterna, som anklagar den konservativa regeringen för maktmissbruk.
Många av demonstranterna är lojala med presidenten, som anklagar premiärministerns regering för att ha "kopplingar till oligarker".