Versión militar del avión comercial trimotor DC-10, el KC-10 fue desarrollado a partir del Programa de Avión de Carga y Cisterna Avanzado (Advanced Tanker Cargo Aircraft Program).

[N 1]​ Incorpora equipo específico militar para sus tareas principales de transporte y reabastecimiento aéreo.

Fue desarrollado para complementar al KC-135 Stratotanker tras las experiencias adquiridas en el Sudeste Asiático y en Oriente Medio.

La Real Fuerza Aérea de los Países Bajos opera dos cisternas similares designados KDC-10, que fueron convertidos desde aviones DC-10.

Consecuentemente, la Fuerza Aérea buscó un cisterna con mayores capacidades que las del KC-135.

[5]​ Inicialmente se encargó un lote de 12 aviones, pero fue más tarde aumentado a 60 aparatos.

[9]​ Los primeros aviones presentaban una distintiva librea en gris claro, blanco y azul, pero en los cisternas posteriores se usó un esquema de camuflaje gris-verde.

[2]​ Los últimos veinte KC-10 producidos incluyeron contenedores alares para puestos de reabastecimiento añadidos.

Se requiere equipo de asistencia para elevar y descender las cargas hasta la apertura.

[14]​ En 1991, la guerra del Golfo resaltó las deficiencias en cuanto a movilidad de las fuerzas europeas.

Sin embargo, debido a que McDonnell Douglas no tenía ninguna experiencia con el sistema Operador Remoto de Reabastecimiento en Vuelo (Remote Aerial Refueling Operator, RARO) solicitado, y porque el tercer avión era diferente a los otros dos, no se podía completar el programa dentro del presupuesto.

La misma duró mucho más de lo planeado, debido en su mayor parte a que McDonnell Douglas entregó tarde las piezas.

En 1982, la recién rebautizada 22nd Air Refueling Wing (anteriormente 22nd Bombardment Wing) fue reequipada con KC-10A Extender y se convirtió en la segunda Unidad de la Fuerza Aérea en operar los nuevos cisternas.

[19]​ Los KC-10 sirvieron con el SAC hasta 1992, cuando fueron reasignados al recién formado Mando de Movilidad Aérea.

En cambio, la flota de KC-135 ha operado en gran medida en el papel táctico.

A principios de mayo del mismo año, unos 150 KC-10 y KC-135 fueron desplegados en Europa, donde reabastecieron a bombarderos, cazas y aviones de apoyo implicados en el conflicto.

Los KC-10 volaron 409 misiones durante toda la campaña Fuerza Aliada y las continuas operaciones de apoyo en Kosovo.

[21]​ La Fuerza Aérea consideró retirar su flota de cisternas KC-10 como respuesta a los recortes presupuestarios en su presupuesto del Año Fiscal 2015.

Se sugirió un "corte vertical" para retirar todos los KC-10 porque había menos KC-10 que KC-135, el tener tres modelos de cisterna en servicio (tras la introducción del KC-46) resultaría costoso, y un "corte horizontal" en las flotas de reabastecimiento sería poco eficiente.

[24]​ Un plan presupuestario del Año Fiscal 2015 no incluyó recortes sobre el KC-10.

Los KDC-10 operaron desde la Manas AFB en apoyo a las fuerzas aliadas durante la Operación Libertad Duradera y a la Fuerza Aérea Aliada sobre Irak y Siria.