Under Vietnamkrigen begynte det å oppstå tvil om spesifikasjonene til den store flåten av over 700 KC-135 fly var gode nok til å imøtekomme USAs globale satsing. Flåten var utplassert sydøst i Asia for å gi støtte til forskjellige taktiske fly og strategiske bombefly samtidig som de støttet den stående bombeflyflåten oppsatt med atomvåpen. Som et resultat av dette begynte man å vurdere anskaffelse av et rimeligere tankfly med større kapasitet enn disse, men framdriften i prosjektet stoppet opp på grunn av mangel på penger.
Erfaringene gjort under Jom kippur-krigen i 1973 demonstrerte nødvendigheten for tankfly med mye større drivstoffkapasitet. Det amerikanske flyvåpenetsLockheed C-5 Galaxy ble under krigen nektet landingstillatelse i Europa og ble tvunget til å frakte mye mindre last enn dets totale lastekapasitet for å fly direkte fra USA til Israel. Dette medførte at mannskapet på C-5 Galaxy fikk god trening i drivstoffpåfylling i luften, og det amerikanske forsvarsdepartementet konkluderte med nødvendigheten av et nytt avansert tankfly med større kapasitet.
I 1975 under programmet «Advance Tanker/Cargo Aircraft» (avansert tankfly/transportfly) ble fire fly evaluert.
Konverteringen til KC-10 involverte bare noen mindre modifikasjoner fra DC-10, hvor den største var tilpasningen av bomkontrollen i den bakre delen av flyskroget og de ekstra drivstofftankene i de nedre frakterommene. De første leveringene til Strategic Air Command begynte i 1981. Flytypen har siden da hatt en aktiv rolle som et strategisk tankfly på samme måte som flyene til Royal Air Force.
Det nederlandske luftforsvaret opererer to KDC-10 i tankflyrollen, og bruker det tredje primært som et strategisk transportfly. KC-10 er i dag det flyet i verden med lengst rekkevidde, og fortsetter å ha den rekorden til tross for introduksjonen av Boeing777-200LR.