Det meddelar han på onsdagen i sociala medier.
Fjellner är uppvuxen i Enköping och är en av dem som suttit längst i parlamentet.
"När jag blev invald 2004 var jag 27 år gammal och den näst yngste ledamoten.15 år är en lång tid och därför meddelade jag Moderaterna redan för några månader sedan att det är dags för nya krafter att ta över efter mig", skriver han på sin facebooksida.
Fjellner har gjort sig känd bland annat för sitt arbete för frihandel.
"Det finns ett antal frihandelsavtal med framförallt utvecklingsländer där mitt engagemang har varit avgörande för att förmå Europaparlamentet, och därmed EU, att godkänna dem", kommenterar han själv.
Han ser inte slutet i EU-parlamentet som slutet på att arbeta politiskt.
"Jag hoppas även på att finna fler och nya former för mitt engagemang".
Till nyhetsbyrån TT säger han att "det just nu känns som om det händer väldigt mycket i EU som är avgörande för Sveriges och Europas framtid och behovet av kunniga och drivna svenska röster i Europa är större än på väldigt länge"