La lettre officielle a été remise aux services du secrétaire général de l'ONU Ban Ki-moon par la ministre burundaise de la Justice Laurentine Kanyana lors d'une visite à New York.
Le retrait prend effet un an après la réception de cette lettre.
Successivement, le Burundi, l'Afrique du Sud et la Gambie ont annoncé leur retrait de la CPI, accusant la CPI de cibler essentiellement des pays africains.
L'ONU n'a pas encore reçu de notification officielle de la Gambie.
Les Nations unies souhaitent que Pretoria et Bujumbura reviennent sur leur décision, a rappelé M. Dujarric.
"Ce retrait peut lui-même être retiré", a-t-il déclaré.
La CPI avait lancé en avril une enquête préliminaire sur des accusations de meurtres, torture et autres exactions au Burundi.
Des experts de l'ONU avaient aussi mis en cause les forces de sécurité burundaises dans un rapport accablant.
Le Burundi est plongé dans une grave crise depuis que le président Pierre Nkurunziza a annoncé en avril 2015 sa candidature à un troisième mandat, qu'il a obtenu en juillet de la même année après une élection boycottée par l'opposition.
Des violences ont fait plus de 500 morts et poussé plus de 270.000 personnes à quitter le pays.