Wygląda na to, że MongooseArray#pull metoda działa tylko wtedy, gdy twoje elementy mają _id właściwości.
Łatwiej mi jest używać bezpośrednich połączeń do update aby uniknąć tego rodzaju niespodzianek:
mongoose.model('organization').update(
{_id: user.organization},
{$pull: {members: {user: user._id}}},
function(err, numAffected) { ... }
);