Voor het grootste deel van zijn geschiedenis was de divisie georganiseerd in drie regimenten: 7e Panzer, en 69e en 86e Panzergrenadier (gemechaniseerde infanterie). Andere eenheden waren een artillerieregiment en elk een motor-, verkennings-, tankvernietigings-, genie- en signaalbataljon.
De 10de Panzer Divisie werd voor het eerst gevormd op 1 april 1939 in Praag, als een samengestelde formatie die was samengesteld uit eerder opgerichte eenheden uit heel Duitsland. Veel van deze eenheden werden overgeplaatst van de 20e Gemotoriseerde Divisie, de 29e Gemotoriseerde Divisie, en de 3e Lichte Divisie. In de herfst van 1939 was de divisie nog in formatie, maar werd niettemin ingezet voor de invasie van Polen voordat het proces was voltooid. Om die reden bleef de 10de Panzer Divisie gedurende het grootste deel van die campagne in reserve. Ze werd in augustus vanuit Pommeren overgebracht naar Polen, waar ze inderhaast de controle kreeg over het 7de Panzer Regiment, de 4de Panzer Brigade en verscheidene SS eenheden.
De divisie voltooide haar formatie tegen het begin van 1940. Zij bestond uit de 10e Geweerbrigade met de 69e en 86e Geweerregimenten, de 4e Panzerbrigade met de 7e en 8e Panzerregimenten, en het 90e Regiment Artillerie.
Eenmaal compleet, werd de divisie naar Frankrijk gezonden om deel te nemen aan de invasie van dat land. Toegewezen aan het XIXe Gemotoriseerde Korps, werd de 10e Panzer Divisie ingezet op de zuidelijke as van de strijd, met de 1e en 2e Panzer Divisies en het Infanterie Regiment Großdeutschland. De divisie trok door Luxemburg en brak door de Franse linies bij de rivier de Maas bij Sedan en rukte in haar eerste gevecht helemaal op naar het Engelse Kanaal. Bij Sedan bleef de divisie korte tijd in reserve om het Duitse bruggenhoofd over de rivier te beschermen tegen een Franse tegenaanval. Van daaruit verdrong de divisie Geallieerde troepen uit de havens in de regio Vlaanderen, voordat ze na de Franse overgave betrokken raakte bij zuiveringsoperaties in westelijke gebieden van Frankrijk. Hierna hield de divisie zich bezig met bezettingstaken en training in Frankrijk.
In maart 1941 werd de divisie teruggeroepen naar Duitsland, en in juni van dat jaar verplaatst naar de grens met de Sovjet-Unie ter voorbereiding op Operatie Barbarossa. Toen de invasie eenmaal begonnen was, nam de divisie deel aan de Slag om Białystok-Minsk, aan de gevechten bij Smolensk en Vyasma, en aan de Slag om Moskou. Tijdens het Sovjet winteroffensief van 1941-1942 hield het stellingen bij Joekov, nabij Rzjev, tegen herhaalde Sovjet tegenaanvallen van januari tot april 1942. Daarna werd de uitgeputte divisie teruggetrokken naar Amiens, Frankrijk om te worden hervormd.
In 1942 werd de divisie overgeplaatst naar Dieppe, waar het een kleine rol speelde bij het tegengaan van de Dieppe Raid door Geallieerde troepen. Toen de Geallieerden in Noord-Afrika landden, werd de 10de Panzer Divisie ingezet in Vichy Frankrijk, en eind 1942 met spoed naar het Afrikaanse Theater overgebracht, zodra transport beschikbaar was. In december 1942 landde de divisie, die nu deel uitmaakte van het Vijfde Panzerleger, in Tunesië. Hier namen ze deel aan de Slag om Kasserine Pass en verschillende andere vroege gevechten met eenheden van het Amerikaanse leger, die pas bij de oorlog betrokken waren. Ze namen ook deel aan het mislukte Axis-offensief van Operatie Ochsenkopf eind februari 1943. Toen de As-linie in mei 1943 instortte, zat de divisie in de val. Ze gaf zich op 12 mei over en werd nooit heropgebouwd.