Przez większość swojej historii dywizja była zorganizowana w trzy pułki: 7. pancerny oraz 69. i 86. panzergrenadierów (piechota zmechanizowana). Inne jednostki obejmowały pułk artylerii oraz po jednym batalionie motocyklowym, rozpoznawczym, niszczycieli czołgów, inżynieryjnym i sygnalizacyjnym.
10 Dywizja Pancerna została po raz pierwszy sformowana 1 kwietnia 1939 roku w Pradze, jako formacja złożona z wcześniej utworzonych jednostek w całych Niemczech. Wiele z tych jednostek zostało przeniesionych z 20 Dywizji Zmotoryzowanej, 29 Dywizji Zmotoryzowanej i 3 Dywizji Lekkiej. Jesienią 1939 roku dywizja była w trakcie formowania, ale została zaangażowana w inwazję na Polskę zanim proces ten został zakończony. Z tego powodu 10 Dywizja Pancerna przez większą część kampanii pozostawała w rezerwie. W sierpniu została przeniesiona z Pomorza do Polski, gdzie w pośpiechu powierzono jej kontrolę nad 7 Pułkiem Pancernym, 4 Brygadą Pancerną i kilkoma jednostkami SS.
Dywizja zakończyła formowanie na początku 1940 roku. W jej skład wchodziła 10 Brygada Strzelców z 69 i 86 Pułkiem Strzelców, 4 Brygada Pancerna z 7 i 8 Pułkiem Pancernym oraz 90 Pułk Artylerii.
Po zakończeniu formowania dywizja została wysłana do Francji, aby wziąć udział w inwazji na ten kraj. Przydzielona do XIX Korpusu Zmotoryzowanego, 10 Dywizja Pancerna została wysłana na południową oś walk, wraz z 1 i 2 Dywizją Pancerną oraz Regimentem Piechoty Großdeutschland. Przeszła ona przez Luksemburg i przełamała francuskie linie nad rzeką Moza w pobliżu Sedan, posuwając się w pierwszym starciu aż do kanału La Manche. Pod Sedanem dywizja pozostała na krótko w rezerwie, aby chronić niemiecki przyczółek przez rzekę przed francuskim kontratakiem. Stamtąd dywizja wypchnęła siły alianckie z portów w rejonie Flandrii, a następnie zaangażowała się w operacje likwidacyjne w zachodnich rejonach Francji po kapitulacji Francuzów. W marcu 1941 roku dywizja została odwołana do Niemiec i w czerwcu tego samego roku ruszyła w kierunku granicy ze Związkiem Radzieckim, przygotowując się do operacji Barbarossa. Po rozpoczęciu inwazji dywizja wzięła udział w bitwie białostocko-mińskiej, w walkach pod Smoleńskiem i Wiaźmą oraz w bitwie o Moskwę. Podczas sowieckiej ofensywy zimowej w latach 1941-1942, dywizja utrzymywała pozycje w Juchnowie, niedaleko Rzheva, przeciwko powtarzającym się sowieckim kontratakom od stycznia do kwietnia 1942 roku. W 1942 roku dywizja została przeniesiona do Dieppe, gdzie odegrała niewielką rolę w odparciu nalotu aliantów na Dieppe. Po wylądowaniu aliantów w Afryce Północnej, 10 Dywizja Pancerna została przydzielona do służby okupacyjnej we Francji Vichy, a pod koniec 1942 r., gdy tylko transport stał się dostępny, wysłano ją na teatr afrykański. W grudniu 1942 r. dywizja, będąca teraz częścią Piątej Armii Pancernej, wylądowała w Tunezji. Tutaj wzięła udział w bitwie o przełęcz Kasserine i kilku innych wczesnych bitwach z jednostkami Armii Stanów Zjednoczonych, które niedawno zaangażowały się w wojnę. Wzięły również udział w nieudanej ofensywie Osi w ramach operacji „Ochsenkopf” pod koniec lutego 1943 roku. Kiedy w maju 1943 roku linia Osi załamała się, dywizja znalazła się w pułapce. Poddała się 12 maja i nigdy nie została odbudowana.