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  在1960年代末的越戰中,原有的KC-135空中加油機機隊已不足以為國外的美軍進行補給。因此,美軍曾於1972年向麥道及波音徵求新一代的加油機方案,當中麥道方面提供兩架DC-10作測試,而波音方案則以波音747作加油機平臺。但是,該次研發計劃最後不了了之。  直至1973年贖罪日戰爭後,由於現有軍用運輸機運力及續航力不足,美軍才意識到開發新一代加油機的重要性,因此於1975年再開展「先進空中加油及運輸機計劃」。是次計劃共有四個競標方案:除上一次開發中有份參與的麥道DC-10及波音747外,洛歇亦以三星客機及C-5運輸機改裝方案參與競標。在上述四個方案中,由於三星客機不具備改作貨運的互換性,以及C-5過於笨重,洛歇方案早於第一輪即被淘汰,僅麥道DC-10及波音747可以進入第二輪競標。最後,美國空軍以DC-10可於較短跑道升降的優勢,於1977年尾決定選擇麥道方案,是為KC-10加油機;而落敗的波音747試製加油機,則售予伊朗空軍。  初期,美軍僅訂購12架KC-10,但不久訂單增加至60架。  KC-10加油機以DC-10-30貨機作技術平臺,並有88%部件與民用型號共通。KC-10同時裝有飛桁式及飛錨式加油裝置,可同時支援美軍及不同盟友的戰鬥機。在必要時候,KC-10亦可以騰空作人員及物資運輸用途。KC-10亦是全球續航力最長的飛機。

  美軍第一架KC-10加油機於1980年7月12日首飛,並於同年10月進行首次加油測試 。到次年3月,首架KC-10正式交付。  最後一架KC-10加油機於1988年11月29日交付。至此,全部60架同款飛機均已交付。

  於1984年,荷蘭皇家空軍亦開始研究引進空中加油機。直至波斯灣戰爭後的1992年,荷蘭皇家空軍終於向國內馬丁航空通過售後租回方式,購入兩架二手DC-10-30客貨兩用機,以改裝為加油機。  但在購入相關飛機後,由於第二架飛機(註冊號PH-MBN)在馬丁航空495號班機空難中墜毀,馬丁航空需向空軍賠償第三架同款飛機。於1994年,上述租約期滿,兩架DC-10-30原訂送往美國進行改裝,成為KDC-10加油機。但基於成本等問題,最後由荷蘭皇家航空進行改裝。兩架改裝後的加油機最後分別於1995年9月及12月入役。KDC-10與KC-10大致相似,但窗戶並無封閉。  到2011年,荷蘭軍方再購入二手DC-10貨機,並改裝為第三架KDC-10(編號T-255)。但由於國防預算遭到削減,第三架KDC-10只服役三年即告退役,其後於英國康和郡報廢拆解 。

  2000年代,Omega空中加油公司亦仿傚荷蘭皇家空軍的做法,購入兩架退役的DC-10-40貨機,並將之改裝為KDC-10加油機。  及後,該公司於2019-2021年間,接收荷蘭方面的另外兩架同款機,使其加油機隊規模增至5架(4架KDC-10,另有一架是波音707)。

  美軍的KC-10加油機在入役後,首次參與的戰爭為1986年4月對利比亞的轟炸行動,與KC-135一同為F-111戰鬥轟炸機加油。  及後,KC-10亦投入到1991年波斯灣戰爭中,為沙烏地阿拉伯軍隊輸送物資及加油。而在1999年的北約轟炸南斯拉夫行動,KC-10亦有協助為轟炸機補給燃油。  進入2000年代,KC-10亦在中東的兩場戰爭中派上用場(包括阿富汗戰爭及伊拉克戰爭)。  而荷蘭的KDC-10加油機除了用於空中加油,亦擔當不少撤僑及人道救援行動。在1998年印尼暴動期間,荷方首次派出此款加油機執行撤僑行動。

  美國目前仍然使用的59架KC-10在2010年完成現代化工程,將一直服役至2043年。與此同時,美軍亦打算開展KC-Y計劃,以研製KC-10的後繼機種。  但是,荷蘭的KDC-10命運則截然不同:由於軍方選擇購入空中客車A330 MRTT作北約聯用加油機,首兩架KDC-10因此需要退役。當中,首架飛機(編號T-264)已於2019年11月售予美商Omega空中加油服務公司,而第二架飛機(編號T-235)亦將於2021年轉讓至該公司。
KC-10加油機(英語:KC-10 Extender)是三發動機麥道DC-10飛機的軍事版本,是為美國空軍改裝而來。 KC-10其主要角色是專門結合軍事用途,擁有運輸和空中加油的裝置。它在開發時補充了KC-135同溫層加油機的經驗,用來在東南亞和中東地區服役。KC-10是美國空軍即麥克唐納道格拉斯的C-9後選擇的第二款麥道公司的運輸飛機。其共為美國空軍生產了60架。及後,有三架二手DC-10客機由荷蘭皇家空軍購入(其中2架於1992年向馬丁航空購入,另一架於2011年購入)並改裝為類似的加油機(但窗戶並無像原型機般封閉),且被官方命名為KDC-10。