Die 20. Panzer-Division wurde am 15. Oktober 1940 in Erfurt, im Wehrkreis IX, aufgestellt. Die Division entstand aus Teilen der 19. Infanterie Division. Die Aufstellung wurde erst zum 1. Mai 1941 abgeschlossen.

1944 wurde die Division bei Cholm / Lublin aufgefrischt, danach aber im Juni 1944 im Raum Bobruisk in Mittelrussland zerschlagen.

Mit Kampfgruppen wurde die Division danach noch bei Bialystok eingesetzt. Die Reste wurden zur Auffrischung durch das OKH nach Rumänien verlegt.

Infolge Zusammenbruchs der rumänischen Front und Einsatz einer Kampfgruppe in den Karpathen konnte jedoch die Auffrischung und Neuaufstellung erst ab Oktober 1944 auf dem Truppenübungsplatz Arys in Ostpreußen erfolgen.

Die Division wurde im Mai 1945 von russischen Truppen überrannt.