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  在1960年代末的越战中,原有的KC-135空中加油机机队已不足以为国外的美军进行补给。因此,美军曾于1972年向麦道及波音征求新一代的加油机方案,当中麦道方面提供两架DC-10作测试,而波音方案则以波音747作加油机平台。但是,该次研发计划最后不了了之。  直至1973年赎罪日战争后,由于现有军用运输机运力及续航力不足,美军才意识到开发新一代加油机的重要性,因此于1975年再开展「先进空中加油及运输机计划」。是次计划共有四个竞标方案:除上一次开发中有份参与的麦道DC-10及波音747外,洛歇亦以三星客机及C-5运输机改装方案参与竞标。在上述四个方案中,由于三星客机不具备改作货运的互换性,以及C-5过于笨重,洛歇方案早于第一轮即被淘汰,仅麦道DC-10及波音747可以进入第二轮竞标。最后,美国空军以DC-10可于较短跑道升降的优势,于1977年尾决定选择麦道方案,是为KC-10加油机;而落败的波音747试制加油机,则售予伊朗空军。  初期,美军仅订购12架KC-10,但不久订单增加至60架。  KC-10加油机以DC-10-30货机作技术平台,并有88%部件与民用型号共通。KC-10同时装有飞桁式及飞锚式加油设备,可同时支援美军及不同盟友的战斗机。在必要时候,KC-10亦可以腾空作人员及物资运输用途。KC-10亦是全球续航力最长的飞机。

  美军第一架KC-10加油机于1980年7月12日首飞,并于同年10月进行首次加油测试 。到次年3月,首架KC-10正式交付。  最后一架KC-10加油机于1988年11月29日交付。至此,全部60架同款飞机均已交付。

  于1984年,荷兰皇家空军亦开始研究引进空中加油机。直至波斯湾战争后的1992年,荷兰皇家空军终于向国内马丁航空通过售后租回方式,购入两架二手DC-10-30客货两用机,以改装为加油机。  但在购入相关飞机后,由于第二架飞机(注册号PH-MBN)在马丁航空495号班机空难中坠毁,马丁航空需向空军赔偿第三架同款飞机。于1994年,上述租约期满,两架DC-10-30原订送往美国进行改装,成为KDC-10加油机。但基于成本等问题,最后由荷兰皇家航空进行改装。两架改装后的加油机最后分别于1995年9月及12月入役。KDC-10与KC-10大致相似,但窗户并无封闭。  到2011年,荷兰军方再购入二手DC-10货机,并改装为第三架KDC-10(编号T-255)。但由于国防预算遭到削减,第三架KDC-10只服役三年即告退役,其后于英国康和郡报废拆解 。

  2000年代,Omega空中加油公司亦仿傚荷兰皇家空军的做法,购入两架退役的DC-10-40货机,并将之改装为KDC-10加油机。  及后,该公司于2019-2021年间,接收荷兰方面的另外两架同款机,使其加油机队规模增至5架(4架KDC-10,另有一架是波音707)。

  美军的KC-10加油机在入役后,首次参与的战争为1986年4月对利比亚的轰炸行动,与KC-135一同为F-111战斗轰炸机加油。  及后,KC-10亦投入到1991年波斯湾战争中,为沙特阿拉伯军队输送物资及加油。而在1999年的北约轰炸南斯拉夫行动,KC-10亦有协助为轰炸机补给燃油。  进入2000年代,KC-10亦在中东的两场战争中派上用场(包括阿富汗战争及伊拉克战争)。  而荷兰的KDC-10加油机除了用于空中加油,亦担当不少撤侨及人道救援行动。在1998年印尼暴动期间,荷方首次派出此款加油机执行撤侨行动。

  美国目前仍然使用的59架KC-10在2010年完成现代化工程,将一直服役至2043年。与此同时,美军亦打算开展KC-Y计划,以研制KC-10的后继机种。  但是,荷兰的KDC-10命运则截然不同:由于军方选择购入空中客车A330 MRTT作北约联用加油机,首两架KDC-10因此需要退役。当中,首架飞机(编号T-264)已于2019年11月售予美商Omega空中加油服务公司,而第二架飞机(编号T-235)亦将于2021年转让至该公司。
KC-10加油机(英语:KC-10 Extender)是三发动机麦道DC-10飞机的军事版本,是为美国空军改装而来。 KC-10其主要角色是专门结合军事用途,拥有运输和空中加油的设备。它在开发时补充了KC-135同温层加油机的经验,用来在东南亚和中东地区服役。KC-10是美国空军即麦克唐纳道格拉斯的C-9后选择的第二款麦道公司的运输飞机。其共为美国空军生产了60架。及后,有三架二手DC-10客机由荷兰皇家空军购入(其中2架于1992年向马丁航空购入,另一架于2011年购入)并改装为类似的加油机(但窗户并无像原型机般封闭),且被官方命名为KDC-10。