Các nhà thiết kế của hãng Messerschmitt đã bắt đầu nâng cấp chiếc Bf 110 từ năm 1937, ngay cả trước khi phiên bản sản xuất của Bf 110 bắt đầu bay. Vào cuối năm 1938 khi chiếc Bf 110 được đưa vào sử dụng, Bộ Hàng không Đế chế (RLM) bắt đầu tìm kiếm trước một chiếc máy bay để thay thế chúng sau này. Messerschmitt đã tham gia cùng mẫu Bf 110 được cải biến và đặt tên là Me 210, trong khi Arado đưa ra mẫu máy bay hoàn toàn mới Arado Ar 240.

Chiếc Me 210 là một phiên bản cải biến trực tiếp dựa trên chiếc Bf 110, và sử dụng chung nhiều linh kiện. Các khác biệt chính là một mũi máy bay được cải biến ngắn hơn nhiều và đặt vào trọng tâm, và một kiểu cánh hoàn toàn mới được thiết kế để có tốc độ bay đường trường lớn hơn. Trên lý thuyết tính năng bay của chiếc Me 210 rất ấn tượng. Nó có thể đạt 620 km/h (385 mph) dựa vào hai động cơ DB 601F công suất 1.350 PS (1.332 mã lực, 993 kW) mỗi chiếc, khiến cho nó nhanh hơn chiếc Bf 110 khoảng 80 km/h (50 mph), và gần như nhanh tương đương với những chiếc máy bay tiêm kích một động cơ thời đó.

Bộ càng đáp chính của chiếc Me 210 dựa theo một số triết lý về thiết kế đưa đến sự thay đổi trong thiết kế bộ càng đáp của chiếc Ju 88 trước đó, nơi mà mỗi càng đáp chính có một trụ chống duy nhất xoay được 90º khi thu lại, đem bánh đáp chính tựa lên trên đầu dưới của trụ chống chính khi xếp lại về phía sau vào trong cánh. Tuy nhiên không giống như chiếc Ju 88, các bánh đáp chính của chiếc Me 210 được đặt phía trong trụ chống chính khi giương ra, trong khi ở chiếc Ju 88 chúng được đặt phía ngoài.

Chiếc Bf 110 mang các vũ khí bên ngoài dưới thân và cánh, nhưng điều này lại tạo ra lực cản; chiếc Me 210 né tránh vấn đề bằng cách chứa bom bên trong một khoang bom kín trước mũi máy bay. Chiếc Me 210 có thể mang đến hai bom 500 kg (2.200 lb). Nó cũng có các phanh bổ nhào gắn ở phía trên cánh, và một bộ ngắm ném bom Stuvi 5B trước mũi để ném bom bổ nhào ở góc nông. Trong vai trò máy bay tiêm kích, khoang bom được trang bị bốn khẩu pháo 20 mm.

Để tự vệ, xạ thủ phía sau của chiếc Me 210 được trang bị hai súng máy MG 131 có cỡ nòng lớn 13 mm. Chúng được gắn vào các tháp súng có dạng nữa giọt nước ở hai bên hông thân máy bay và được điều khiển từ xa từ vị trí của xạ thủ bằng một hệ thống ngắm độc đáo, gồm một thanh chéo xoay với một tay cầm dạng báng súng có cò súng đặt ở giữa ngay bên dưới thanh chéo. Sơ đồ ngắm và điều khiển độc đáo này xoay thanh chéo theo trục, khi tay cầm được nâng lên hay hạ xuống sẽ ngắm các khẩu súng theo chiều dọc, và các động tác ngang sẽ làm một trong các khẩu súng quay ra phía ngoài thân máy bay để bắn chéo. Phần phía sau của các tấm kính buồng lái bên hông được bầu ra phía ngoài cho phép xạ thủ nhắm được xuống dưới và ra phía sau. Các khẩu súng được bắn bằng điện, và một cái ngắt điện sẽ ngăn ngừa xạ thủ bắn nhầm vào đuôi của chiếc Me 210.

Một đơn hàng 1.000 chiếc Me 210 được đặt ngay cả trước khi chiếc nguyên mẫu cất cánh. Thời gian đã cho thấy rằng đó là một sai lầm. Chiếc nguyên mẫu đầu tiên trang bị động cơ DB 601B bay chuyến bay đầu tiên vào tháng 9 năm 1939, và được các phi công thử nghiệm cho là không an toàn. Độ ổn định rất kém khi lượn vòng, và nó có xu hướng "ngoằn ngoèo" ngay cả khi đang bay ngang. Thoạt đầu các nhà thiết kế tập trung chú ý vào sự sắp xếp bánh lái đuôi kép được lấy từ kiểu Bf 110, và thay thế chúng bằng một cánh ổn định đứng mới duy nhất lớn hơn nhiều. Tuy nhiên việc này hầu như không mang lại tác dụng, và chiếc máy bay tiếp tục bị dao động. Chiếc Me 210 còn bị ảnh hưởng bởi sự chòng chành tệ hại. Khi ngóc mũi hoặc khi lượn vòng, sự chòng chành này chuyển thành vòng xoáy tròn khi các cánh tà ở mép trước cánh tự động bật ra. Chiếc nguyên mẫu thứ hai Me 210 V2 đã bị mất vì cách này vào tháng 9 năm 1940, khi phi công không thể đưa máy bay ra khỏi vòng xoáy và bị buộc phải thoát ra. Phi công thử nghiệm chính đã nhận xét rằng chiếc Me 210 "có mọi đặc tính không mong muốn nhất mà một chiếc máy bay có thể có". Phải cần đến 16 chiếc máy bay nguyên mẫu và 94 chiếc tiền sản xuất để thử và giải quyết nhiều vấn đề phát sinh. Dù vậy, Bộ Hàng không Đế chế (RLM) vẫn đang rất cần thay thế những chiếc Bf 110 đang hoạt động, và yêu cầu đưa vào sản xuất hàng loạt vào mùa Xuân năm 1941.

Tuy vậy, giới chức thẩm quyền của Hungary lại tỏ ra hài lòng với kiểu Me 210 trong tình trạng hiện hữu, và đã mua giấy phép sản xuất nhượng quyền kiểu máy bay này cũng như là kiểu động cơ DB 605 của nó. Nhiều khung máy bay cũng được mua và được hoàn tất tại các xưởng ở Hungary để thực hành trong khi các dây chuyền lắp ráp được xây dựng. Việc sản xuất được bắt đầu tại Xưởng Máy bay Danube (Dunai Repülőgépgyár Rt.) như là kiểu Me 210C với động cơ DB 605B, và theo một thỏa thuận Không quân Đức được nhận hai chiếc trong mỗi ba chiếc máy bay được sản xuất.

Trong thực tế, những chiếc Me 210C của Hungary vượt trội hơn nhiều so với những chiếc Me 210A của Đức nên đã có kế hoạch mang các đặc tính thiết kế sang phiên bản mới Me 210D. Tuy nhiên, việc phát triển sau đó được chuyển sang kiểu Messerschmitt Me 410.