Die Division wurde am 1. November 1940 in Landau und Heidelberg durch Umgliederung und Auflösung der 33. Infanterie Division und Abgaben der 10. Panzer-Division gebildet. Sie wurde im April und Mai 1941 nach Tripolis verschifft und unter den Befehl des Deutschen Afrikakorps gestellt. Sofort nach ihrem Eintreffen wurden die gelandeten Teile der Division in den um Tobruk tobenden Kampf geworfen. Nach der Beendigung der Angriffe auf Tobruk am 4. Mai 1941 und der anschließenden Belagerung  kämpfte die Division in dem sich ergebenen Stellungskrieg bei Sollum und den Halfaya-Pass. Nach dem Beginn der britischen Operation "Crusader" am 18. November 1941 griff die Division, von Sidi Azeiz kommend, ab dem 20. November 1941 in die deutschen Abwehrkämpfe ein. Nachdem es den deutschen Truppen bis zum 23. November 1941 gelungen war, den britischen Vormarsch zu stoppen Erwin Rommel am 23. November, dass es an der Zeit für einen Gegenangriff war. Er ließ die 21. Panzer-Division in südöstlicher Richtung vorstoßen, während die 15. Panzer-Division gegen die vermuteten feindlichen Truppen vor Bardia vorgehen sollte. Dazwischen sollte die italienische Division “Ariete” in Richtung Fort Capuzzo marschieren. Die 15. Panzer-Division traf schließlich vor Bardia ein um dort feststellen zu müssen, dass sich keine nennenswerten feindlichen Truppen mehr vor der Stadt befanden. Die 5. Neuseeländische Brigade konnte bei Fort Capuzzo ihre Stellungen gegen die Division “Ariete” und schließlich auch die eintreffende 21. Panzer-Division halten. Der deutsche Gegenangriff war damit weitgehend ins Leere gelaufen. Dem alliierten XXX. Korps war es gelungen seinen Verfolgern unbeobachtet westlich auszuweichen und die neuseeländische 4. und 6. Brigade waren jeweils unbemerkt an der ihnen entgegenkommenden 15. Panzer-Division in Richtung Tobruk marschiert.
Am 29. November beschloss Erwin Rommel, die Panzerdivisionen vom XXX. Korps zu lösen und stattdessen direkt in die Kämpfe am Belagerungsring um Tobruk einzugreifen. Dort hatte die eingeschlossene Besatzung immer wieder versucht, nach Osten auszubrechen und sich mit den eigenen Kräften zu vereinigen. Rommels Ziel war es, die von außen kommenden neuseeländischen Verbände einzukreisen und zu vernichten. Bis zum Abend konnte Sidi Rezegh erneut eingenommen werden und auch in den folgenden beiden Tagen konnten sich die Achsenmächte schließlich bis zu den neuseeländischen Verbänden vorkämpfen. Bei Ed Duda erlitt die 15. Panzer-Division allerdings starke Verluste durch die dort stationierte 70. britische Division und Rommel zog sie schließlich nach Bir Bu Creimisa zurück. Am 1. Dezember zogen die Achsenmächte den – allerdings bei Ed Duda noch offenen – Kessel zusammen um die beiden neuseeländischen Brigaden zu vernichten. Es gelang den Neuseeländern jedoch, sich nach Tobruk zurück zu ziehen. Die Kräfte der 15. Panzer-Division sowie des Deutschen Afrikakorps waren jedoch verbraucht, die meisten Panzer zerstört oder beschädigt. Angesichts dieser nahezu völligen Erschöpfung und des Scheiterns eines Angriffs auf Ed Duda am 4. Dezember entschied Rommel schließlich, alle Kräfte östlich von Tobruk abzuziehen und seine Truppen im Westen der Stadt zusammenzuziehen und sich ganz auf das südlich stehende XXX. Korps der Alliierten zu konzentrieren. Die erbitterten Kämpfe wurden bis zum 6. Dezember fortgeführt. Die alliierte indische Division erlitt bei Angriffen auf einen strategisch wichtigen Hügel schwerste Verluste und musste sich annähernd zerschlagen zurückziehen. Den Achsenmächten gelang es wegen der Erschöpfung der eigenen Kräfte jedoch nicht, die Situation auszunutzen. Am Abend des 6. Dezember wurde Walter Hugo Reinhard Neumann-Silkow, Kommandeur der 15. Panzer-Division, schwer verwundet und erlag am 9. Dezember im Lazarett seinen Verletzungen. Am 7. und 8. Dezember zogen sich die deutschen Truppen auf die Gazala-Linie bei Gazala zurück, in den Grenzbefestigungen verblieben jedoch noch deutsche Truppen, die bis Mitte Januar 1942 kapitulierten. Die Reste der 15. Panzer-Division mussten sich ab dem 16. Dezember 1942 bis nach El Agheila zurückziehen. Hier wurde der alliierte Vormarsch gestoppt. Bereits am 21. Januar 1942 startete Rommel seine Gegenoffensive und die 15. Panzer-Division erreichte bis zum 4. Februar wieder Gazala, wo die Offensive endete. In den Folgemonaten kam es zu keinen größeren Aktionen, die 15. Division wurde hier aufgefrischt.
Am 26. Mai 1942 begann die Operation "Theseus", die deutsche Sommeroffensive in Nordafrika. Die 15. Panzer-Division umging die britischen Verteidigungsstellungen zwischen Gazala und Bir Hakeim im Süden, drehte dann nach Norden ein und stand so im Rücken der britischen Verteidigung. Nach schweren Kämpfen gegen die britische 7. Armeebrigade Bis zum 28. Mai kam die deutsche Offensive zum Stehen. Zwar waren die 15. und 21. Panzer-Division weit vorgestoßen, zugleich hatten sie dabei aber etwa ein Drittel ihrer Panzer verloren und die anderen Einheiten der Umfassungstruppe waren zurückgeblieben. Die 90. leichte Division stand unerwartet starken gepanzerten Kräften gegenüber, die Division „Ariete“ konnte weder Bir Hakeim einnehmen noch die vorgesehene Stellung erreichen und zur Division „Trieste“ bestand gar keine Fühlung mehr. Die deutschen Truppen waren östlich der der britischen Linien eingekesselt. Daraufhin entschloss sich Rommel, mit seinen Kräften nach Westen anzugreifen und so die alliierten Stellungen zu durchbrechen und zu den eigenen Linien zurück zu kehren. Schlussendlich konnten zwei Korridore durch den Verteidigungsgürtel gesichert und die Versorgung der Panzertruppen im Kessel aufgenommen werden. Am 5. Juni erfolgte ein britischer Gegenangriff, der jedoch vom DAK aufgefangen werden konnte. Anschließend erfolgte ein deutscher Gegenangriff. Die Division „Ariete“ und 21. Panzer-Division stießen in Richtung Osten sowie die 15. Panzer-Division in Richtung Norden vor. Es gelang, die alliierten Panzerbrigaden zum Rückzug zu zwingen. Die eingekesselten alliierten Truppen wurden bis zum 6. Juni überrannt. Nach der anschließenden Einnahme von Bir Hakeim stieß das DAK und die 15. Panzer-Division erneut nach Osten und Norden vor. Am 20. Juni begann der Angriff auf die Festung Tobruk, die bereits am 21. Juni kapitulierte.  Nach der Eroberung von Tobruk stieß die Division in den Raum El Alamein vor, wo der deutsche Vormarsch zum Stillstand kam. Im Juli 1942 nahm die Division an der ersten Schlacht um El Alamein teil. Vom 30. August bis zum 6. September 1942 folgte die Schlacht von Alam Halfa sowie vom 23. Oktober bis zum 4. November 1942 die zweite Schlacht um El Alamein, bei denen die Division schwere Verluste erlitt. Ab Ende November musste sie sich in schweren Abwehrkämpfen auf den Fuka-Pass, durch die Cyrenaika bis nach Tripolis und dann weiter über Bureat bis zur Mareth-Linie in Südtunesien zurückziehen. Im Februar und März 1943 begann die Division aus der Mareth-Linie heraus Gegenangriffe im Raum Gafsa / Thelepte bis zum Kasserinepass. Nach Beendigung der Kämpfe zog sich die Division über Medjez el Bab bis südlich von Tunesien zurück. Hier wurde die Division im Mai 1943 vernichtet.

Zur Erhaltung der Tradition der Division wurde die Division Sizilien im Juli 1943 umbenannt in 15. Panzer-Grenadier-Division.

2. Divisionskommandeure:

3. Gliederung:

Panzer-Regiment 8

Schützen-Brigade 15

Schützen-Regiment 104

Schützen-Regiment 115

Kradschützen-Bataillon 15

Artillerie-Regiment 33

Aufklärungs-Abteilung 33

Panzerjäger-Abteilung 33

Panzer-Pionier-Bataillon 33

Panzer-Divisions-Nachrichten-Abteilung 78

Versorgungstruppen 33

Feldersatz-Bataillon 33

*1941 August – Abgabe des Schützen-Regiments 104 zur 21. Panzer Division.

Panzer-Regiment 8

Panzer-Grenadier-Regiment 155

Panzer-Artillerie-Regiment 33

Aufklärungs-Abteilung 33

Panzerjäger-Abteilung 33

Panzer-Pionier-Bataillon 33

Panzer-Divisions-Nachrichten-Abteilung 78