Under större delen av sin historia var divisionen organiserad i tre regementen: 7th Panzer samt 69th och 86th Panzergrenadier (mekaniserat infanteri). Andra enheter var ett artilleriregemente och en vardera av motorcykel-, spanings-, stridsvagnsförstörare-, ingenjörs- och signalbataljoner.
Den 10:e panzerdivisionen bildades först den 1 april 1939 i Prag, som en sammansatt formation bestående av tidigare etablerade enheter i hela Tyskland. Många av dessa enheter överfördes från 20:e motoriserade divisionen, 29:e motoriserade divisionen och 3:e lätta divisionen. På hösten 1939 höll divisionen fortfarande på att bildas, men engagerades ändå i invasionen av Polen innan processen var avslutad. Av den anledningen förblev 10:e pansardivisionen i reserv under större delen av det fälttåget. Den flyttades från Pommern i augusti till Polen, där den hastigt fick kontroll över 7:e pansarregementet, 4:e pansarbrigaden och flera SS-enheter.
Divisionen avslutade sin bildning i början av 1940. Den bestod av 10:e skyttebrigaden med 69:e och 86:e skytteregementet, 4:e pansarbrigaden med 7:e och 8:e pansarregementet samt 90:e artilleriregementet.
När den var klar skickades divisionen till Frankrike för att delta i invasionen av landet. Den 10:e panzerdivisionen, som var förlagd till XIX motoriserade kåren, placerades i stridens södra axel tillsammans med 1:a och 2:a panzerdivisionen samt infanteriregementet Großdeutschland. Den rörde sig genom Luxemburg och bröt igenom de franska linjerna vid floden Meuse nära Sedan och avancerade hela vägen till Engelska kanalen i sitt första åtagande. Vid Sedan stannade divisionen kortvarigt i reserv för att skydda det tyska brohuvudet över floden från ett franskt motangrepp. Därifrån drev divisionen de allierade styrkorna från hamnarna i Flandernregionen, innan den engagerade sig i uppsamlingsoperationer i de västra delarna av Frankrike efter den franska kapitulationen. Därefter deltog divisionen i ockupationsuppgifter och utbildning i Frankrike.
I mars 1941 återkallades divisionen till Tyskland och förflyttades till gränsen mot Sovjetunionen i juni samma år som förberedelse för operation Barbarossa. När invasionen väl inleddes deltog divisionen i slaget vid Białystok-Minsk, i striderna vid Smolensk och Vyasma samt i slaget om Moskva. Under den sovjetiska vinteroffensiven 1941-1942 höll den ställningar vid Yukhnov, nära Rzhev, mot upprepade sovjetiska motattacker från januari till april 1942. Därefter drogs den utarmade divisionen tillbaka till Amiens i Frankrike för att reformeras.
Under 1942 förflyttades divisionen till Dieppe, där den spelade en mindre roll för att motverka de allierade styrkornas Dieppe Raid. När de allierade landade i Nordafrika placerades 10:e pansardivisionen i ockupationstjänst i Vichy-Frankrike och skyndade sig till den afrikanska teatern i slutet av 1942 så snart transporter blev tillgängliga. I december 1942 landsteg divisionen, som nu var en del av den femte pansararmén, i Tunisien. Här deltog de i slaget vid Kasserinepasset och flera av de andra tidiga striderna med enheter från den amerikanska armén, som nyligen engagerats i kriget. De deltog också i den misslyckade axeloffensiven Operation Ochsenkopf i slutet av februari 1943. När axelinjen kollapsade i maj 1943 satt divisionen i en fälla. Den kapitulerade den 12 maj och återuppbyggdes aldrig.