A hadosztály története nagy részében három ezredbe szerveződött: 7. páncélos, valamint a 69. és 86. páncélosgrenadier (gépesített gyalogság). További egységek közé tartozott egy tüzérezred, valamint egy-egy motorkerékpáros, felderítő, harckocsiromboló, mérnöki és jelzőzászlóalj.
A 10. páncéloshadosztályt először 1939. április 1-jén alakították meg Prágában, mint korábban Németország-szerte felállított egységekből összeállított összetett alakulatot. Ezen egységek közül sokan a 20. motorizált hadosztályból, a 29. motorizált hadosztályból és a 3. könnyű hadosztályból kerültek át. 1939 őszén a hadosztály még mindig formálódott, de ennek ellenére még a folyamat befejezése előtt elkötelezték Lengyelország lerohanására. Emiatt a 10. páncéloshadosztály a hadjárat nagy részében tartalékban maradt. Augusztusban Pomerániából Lengyelországba helyezték át, ahol sietve átvették a 7. páncélos ezred, a 4. páncélos dandár és több SS-egység irányítását.
A hadosztály 1940 elejére befejezte a megalakulását. A 10. lövészdandárból állt a 69. és 86. lövészezreddel, a 4. páncélosdandárból a 7. és 8. páncélosezreddel, valamint a 90. tüzérezreddel.
Ahogy elkészült, a hadosztályt Franciaországba küldték, hogy részt vegyen az ország lerohanásában. A XIX. motorizált hadtesthez beosztva a 10. páncéloshadosztályt a harc déli tengelyére vezényelték, az 1. és 2. páncéloshadosztállyal, valamint a Großdeutschland gyalogezreddel együtt. Luxemburgon keresztül vonult át, majd a Meuse folyónál, Sedan közelében áttörte a francia vonalakat, és az első ütközetben egészen a La Manche-csatornáig nyomult előre. Sedannál a hadosztály rövid ideig tartalékban maradt, hogy megvédje a folyón átívelő német hídfőt a francia ellentámadástól. Innen a hadosztály kiszorította a szövetséges erőket a flandriai kikötőkből, majd a francia kapitulációt követően részt vett Franciaország nyugati területein a felzárkózási műveletekben. Ezt követően a hadosztály megszállási feladatokban és kiképzésben vett részt Franciaországban.
1941 márciusában a hadosztályt visszahívták Németországba, és még az év júniusában a Szovjetunió határára vonult a Barbarossa hadművelet előkészítéseként. Miután az invázió megindult, a hadosztály részt vett a Białystok-Minsk-i csatában, a szmolenszki és a vjaszmai ütközetekben, valamint a moszkvai csatában. Az 1941-1942-es szovjet téli offenzíva során 1942 januárja és áprilisa között a Rzsev melletti Juhnovnál tartotta állásait a többszöri szovjet ellentámadással szemben. Ezt követően a megfogyatkozott hadosztályt a franciaországi Amiens-be vonták vissza, hogy megreformálják.
1942-ben a hadosztályt Dieppe-be helyezték át, ahol kisebb szerepet játszott a szövetséges erők Dieppe-i rajtaütésének elhárításában. Miután a szövetségesek partra szálltak Észak-Afrikában, a 10. páncéloshadosztályt megszállási szolgálatba helyezték Vichy Franciaországban, és 1942 végén az afrikai hadszíntérre siettek, amint a szállítás elérhetővé vált. 1942 decemberében a hadosztály, immár az V. Páncéloshadsereg részeként, Tunéziában szállt partra. Itt részt vettek a Kasserine-hágó melletti csatában és számos más korai ütközetben a háborúba frissen bevont amerikai hadsereg egységeivel. Részt vettek az Ochsenkopf hadművelet 1943. február végi, kudarcba fulladt tengelyhatalmi offenzívájában is. Amikor 1943 májusában a tengelyvonal összeomlott, a hadosztály csapdába esett. Május 12-én megadta magát, és soha nem épült újjá.