Demonstranterna kräver också att president Petro Porosjenko ska ställas inför riksrätt.
Saakasjvili greps i fredags, efter att tidigare i veckan ha fritagits av anhängare när myndigheterna försökte gripa honom. På lördagen sade han att han tänker matstrejka i protest mot att han fängslats.
Saakasjvili misstänks för att ha hjälpt en kriminell organisation i Ukraina, och för att ha försökt iscensätta en kupp stödd av Ryssland. Han avvisar anklagelserna, enligt hans advokat.
På måndag väntas han ställas inför domstol, där åklagare kommer att begära att han hålls i husarrest.
Saakasjvili, president i Georgien mellan 2004 och 2013, var tidigare allierad med president Petro Porosjenko. Han fick ukrainskt medborgarskap och utsågs till guvernör i Odessa, men sedan de två kommit på kant med varandra har han sparkats från guvernörsposten och fråntagits medborgarskapet. Han leder nu en oppositionsrörelse och anklagar Porosjenko för korruption.
Den numera statslöse Saakasjvili är efterlyst i hemlandet Georgien misstänkt för maktmissbruk.