"Mitt hjärta brister när jag tänker på alla de kvinnor som lidit enorm smärta på grund av de här oförlåtliga handlingarna. Jag har valt att lämna min man", säger hon i ett uttalande till tidningen People.
Den 41-åriga modeskaparen Chapman har varit gift med 65-årige Weinstein sedan 2007 och de har två barn tillsammans.
När nyheten om anklagelserna mot Harvey Weinstein briserade uppgav han först att frun stöttade honom helhjärtat.
- Hon står bakom mig till 100 procent, sade han då till New York Post.
Anklagas för våldtäkt
Enligt TMZ flög Harvey Weinstein till Europa på tisdagskvällen lokal tid för att checka in på ett behandlingshem för sexmissbrukare. Enligt en källa till sajten är filmmogulen övertygad om att han kan söka hjälp för att sedan återvända till branschen.
Sedan i torsdags har allt fler kvinnor i filmbranschen anklagat Harvey Weinstein för övergrepp som pågått under flera årtionden. Weinstein ska bland annat ha blottat sig och onanerat inför kvinnor och erbjudit filmroller i utbyte mot sexuella handlingar.
På tisdagen trädde tre kvinnor fram i tidningen The New Yorker och anklagar filmproducenten för våldtäkt. En av dem är den italienska skådespelaren Asia Argento som säger att hon varit tyst tills nu på grund av rädsla över att få sin karriär krossad.
Harvey Weinstein är i nuläget inte misstänkt för något brott.
Stoppade avslöjande
Samtidigt slår skandalen mot många som sägs ha vetat vad som pågick, men som höll den mäktige producenten om ryggen eller bara teg.
Enligt sajten The Wraps grundare Sharon Waxman skrev hon redan 2004 ett avslöjande reportage för The New York Times om hur en chef för Weinsteins kontor i Italien avlönades bara för att fixa prostituerade. Enligt henne valde tidningen att inte publicera uppgifterna, bland annat efter att skådespelaren Matt Damon ringt och gått i god för den italienske chefen. Damon förnekar i dag att han visste vad som pågick.
Även skådespelaren Ben Affleck beskylls för att ljuga om att han inte kände till vad som hände. Anklagelsen kommer från "Scream"-skådespelaren Rose McGowan, som var en av de kvinnor som vittnade i The New York Times avslöjande i torsdags. "Ben Affleck, dra åt helvete", skriver hon på Twitter.
TT
Fakta: Detta har hänt
Det var i torsdags i förra veckan som New York Times rapporterade om att flera kvinnor anklagar filmproducenten Harvey Weinstein för sexuella trakasserier som sträckt sig över flera decennier. Anklagelser har kommit från skådespelare som Angelina Jolie, Gwyneth Paltrow, Rosanna Arquette och Heather Graham.
I ett uttalande bad Harvey Weinstein inledningsvis om ursäkt men hotade senare att stämma tidningen för att ha publicerat rykten.
Efter New York Times publicering valde flera personer kring producenten att lämna sina uppdrag, bland annat advokaten Lisa Bloom och krishanteraren Lanny Davis.
Harvey Weinstein sparkades sedan från bolaget The Weinstein Company som han grundade med sin bror 2005. Bolagets styrelse avslutade hans anställning med omedelbar verkan.
I ett mejl vädjade Harvey Weinstein till andra branchhöjdare att hålla honom om ryggen, så han kunde stanna på sin position.
Därefter har flera tunga namn i Hollywood fördömt filmproducentens beteende, däribland George Clooney, Kate Winslet, Emma Thompson, Judi Dench och Meryl Streep.
Även Hillary Clinton, Donald Trump och Barack Obama har kommenterat anklagelserna.