Per la maggior parte della sua storia, la divisione era organizzata in tre reggimenti: 7° Panzer, e 69° e 86° Panzergrenadier (fanteria meccanizzata). Altre unità includevano un reggimento di artiglieria e uno ciascuno dei battaglioni di motociclisti, ricognitori, distruttori di carri armati, ingegneri e segnalatori.
La 10ª Divisione Panzer fu formata per la prima volta il 1º aprile 1939 a Praga, come una formazione composita composta da unità precedentemente stabilite in tutta la Germania. Molte di queste unità furono trasferite dalla 20° Divisione Motorizzata, dalla 29° Divisione Motorizzata e dalla 3° Divisione Leggera. Nell’autunno del 1939, la divisione era ancora in formazione, ma fu comunque impegnata nell’invasione della Polonia prima che il processo fosse completato. Per questo motivo, la 10ª Divisione Panzer rimase in riserva per la maggior parte di quella campagna. Fu spostata dalla Pomerania in agosto in Polonia, dove le fu frettolosamente dato il controllo del 7º Reggimento Panzer, della 4ª Brigata Panzer e di diverse unità SS.
La divisione completò la sua formazione all’inizio del 1940. Era composta dalla 10ª Brigata Fucilieri con il 69º e 86º Reggimento Fucilieri, la 4ª Brigata Panzer con il 7º e 8º Reggimento Panzer, e il 90º Reggimento Artiglieria.
Una volta completata, la divisione fu inviata in Francia per partecipare all’invasione di quel paese. Impegnata nel XIX Corpo motorizzato, la 10ª Divisione Panzer fu schierata sull’asse meridionale della battaglia, con la 1ª e 2ª Divisione Panzer e il Reggimento di fanteria Großdeutschland. Si mosse attraverso il Lussemburgo e sfondò le linee francesi al fiume Mosa vicino a Sedan, avanzando fino alla Manica nel suo primo impegno. A Sedan, la divisione rimase brevemente in riserva per proteggere la testa di ponte tedesca attraverso il fiume dal contrattacco francese. Da lì, la divisione spinse le forze alleate fuori dai porti nella regione delle Fiandre, prima di impegnarsi in operazioni di smistamento nelle aree occidentali della Francia dopo la resa francese. In seguito, la divisione si impegnò in compiti di occupazione e di addestramento in Francia.
Nel marzo 1941, la divisione fu richiamata in Germania, e si trasferì al confine con l’Unione Sovietica nel giugno di quell’anno in preparazione dell’operazione Barbarossa. Una volta lanciata l’invasione, la divisione partecipò alla battaglia di Białystok-Minsk, agli impegni a Smolensk e Vyasma, e alla battaglia di Mosca. Durante l’offensiva invernale sovietica del 1941-1942, tenne le posizioni a Yukhnov, vicino a Rzhev, contro ripetuti contrattacchi sovietici da gennaio ad aprile 1942. In seguito, la divisione impoverita fu ritirata ad Amiens, in Francia, per essere riformata.
Nel 1942, la divisione fu trasferita a Dieppe, dove svolse un ruolo minore nel contrastare il Raid di Dieppe delle forze alleate. Una volta che gli alleati sbarcarono in Nord Africa, la 10ª Panzer Division fu messa in servizio di occupazione nella Francia di Vichy, e si precipitò nel teatro africano alla fine del 1942, non appena il trasporto divenne disponibile. Nel dicembre 1942, la divisione, ora parte della Quinta Armata Panzer, sbarcò in Tunisia. Qui parteciparono alla battaglia di Kasserine Pass e a diverse altre battaglie iniziali con unità dell’esercito statunitense, appena impegnato nella guerra. Presero anche parte alla fallita offensiva dell’Asse dell’Operazione Ochsenkopf alla fine di febbraio 1943. Quando la linea dell’Asse crollò nel maggio 1943, la divisione rimase intrappolata. Si arrese il 12 maggio e non fu mai più ricostruita.