Durante la mayor parte de su historia, la división estaba organizada en tres regimientos: 7º Panzer, y 69º y 86º Panzergrenadier (infantería mecanizada). Otras unidades incluían un regimiento de artillería y un batallón de motocicletas, otro de reconocimiento, otro de destrucción de tanques, otro de ingenieros y otro de señales.
La 10ª División Panzer se formó por primera vez el 1 de abril de 1939 en Praga, como una formación compuesta por unidades previamente establecidas en toda Alemania. Muchas de estas unidades fueron transferidas de la 20ª División Motorizada, la 29ª División Motorizada y la 3ª División Ligera. En el otoño de 1939, la división todavía se estaba formando, pero sin embargo se comprometió a la invasión de Polonia antes de que el proceso estuviera completo. Por esa razón, la 10ª División Panzer permaneció en reserva durante la mayor parte de esa campaña. Fue trasladada de Pomerania en agosto a Polonia, donde se le dio apresuradamente el control del 7º Regimiento Panzer, la 4ª Brigada Panzer y varias unidades de las SS.
La división completó su formación a principios de 1940. Estaba formada por la 10ª Brigada de Fusileros con los Regimientos de Fusileros 69 y 86, la 4ª Brigada Panzer con los Regimientos Panzer 7 y 8, y el 90º Regimiento de Artillería.
Una vez completada, la división fue enviada a Francia para participar en la invasión de ese país. Comprometida con el XIX Cuerpo Motorizado, la 10ª División Panzer fue desplegada en el eje sur de la lucha, con la 1ª y 2ª Divisiones Panzer, así como con el Regimiento de Infantería Großdeutschland. Atravesó Luxemburgo y rompió las líneas francesas en el río Mosa, cerca de Sedan, avanzando hasta el Canal de la Mancha en su primer combate. En Sedan, la división permaneció brevemente en reserva para proteger la cabeza de puente alemana sobre el río del contraataque francés. A partir de ahí, la división expulsó a las fuerzas aliadas de los puertos de la región de Flandes, antes de participar en operaciones de repliegue en las zonas occidentales de Francia tras la rendición francesa. Después de esto, la división se dedicó a tareas de ocupación y entrenamiento en Francia.
En marzo de 1941, la división fue llamada a Alemania, y se trasladó a la frontera con la Unión Soviética en junio de ese año en preparación para la Operación Barbarroja. Una vez lanzada la invasión, la división participó en la batalla de Białystok-Minsk, en los enfrentamientos de Smolensk y Vyasma, y en la batalla de Moscú. Durante la ofensiva invernal soviética de 1941-1942, mantuvo posiciones en Yukhnov, cerca de Rzhev, contra los repetidos contraataques soviéticos de enero a abril de 1942. Después, la división agotada fue retirada a Amiens, Francia, para ser reformada.
En 1942, la división fue transferida a Dieppe, donde desempeñó un papel menor en la lucha contra el Raid de Dieppe de las fuerzas aliadas. Una vez que los aliados desembarcaron en el norte de África, la 10ª División Panzer fue puesta en servicio de ocupación en la Francia de Vichy, y fue enviada al teatro de operaciones africano a finales de 1942 tan pronto como el transporte estuvo disponible. En diciembre de 1942, la división, ahora parte del Quinto Ejército Panzer, desembarcó en Túnez. Aquí participaron en la Batalla del Paso de Kasserine y en varias de las primeras batallas con unidades del Ejército de los Estados Unidos, recién comprometido en la guerra. También participaron en la fallida ofensiva del Eje en la Operación Ochsenkopf a finales de febrero de 1943. Cuando la línea del Eje se derrumbó en mayo de 1943, la división quedó atrapada. Se rindió el 12 de mayo y nunca fue reconstruida.