Bermula dengan Perang Vietnam, kebimbangan mula muncul akan kemampuan angkatan pesawat KC-135 yang berjumlah 700+ buah untuk memenuhi keperluan global Amerika Syarikat. Pesawat penangki udara telah diatur gerak ke Asia Tenggara untuk menyokong operasi pesawat taktikal dan pengebom strategik, sementara mengekalkan angkatan pesawat pengebom nuklear di pangkalan di A.S. Hasilnya, kajian telah dimulakan akan kemungkinan untuk membuat pesawat penangki udara dengan keupayaan yang lebih baik berbanding pesawat KC-135, bagaimanapun kemajuannya tergendala disebabkan ketiadaan peruntukan.

Perang Yom Kippur War pada tahun 1973 dan Operasi Nickel Grass A.S membuktikan perlunya keupayaan pengisian minyak di udara secukupnya.[1] Pesawat C-5 Galaxy Tentera Udara A.S terpaksa membawa muatan maksimum dalam penerbangan terus dari Amerika Syarikat ke Israel kerana dinafikan hak mendarat di Eropah. Hasilnya, anak kapal pesawat C-5 dilatih untuk melakukan pengisian minyak di udara lalu Jabatan Pertahanan memutuskan lebih banyak pesawat penangki yang lebih maju diperlukan.

Pada tahun 1975, di bawah program "Pesawat Kargo Penangki Termaju", 3 buah pesawat telah dinilai: pesawat C-5, Boeing 747, McDonnell Douglas DC-10, dan Lockheed L-1011. Tentera Udara A.S telah memilih pesawat McDonnell Douglas DC-10 dan bukannya Boeing 747 pada bulan Disember 1977.[2]

Reka bentuk pesawat KC-10 hanya melibatkan pengubahsuaian dari reka bentuk pesawat DC-10-30CF. Perubahan ketara adalah tambahan stesyen kawalan joran di bahagian belakang fiuslaj dan tangki-tangki bahan api tambahan di bawah dek utama. Pesawat KC-10 mempunyai kedua-dua sistem joran pengisi minyak di tengah dan sistem probe and drogue di sebelah kanan bahagian belakang fiuslaj.[1] Angkatan pesawat KC-10 kemudian diubah suai untuk menambah pod pada bahagian sayap sebagai menambah lokasi pengisian.[3]

Pesawat KC-10 telah melakukan penerbangan sulung pada 12 Julai 1980. Pesawat awal mempunyai warna skema yang dicat dengan warna kelabu cerah pada bahagian perut dan putih pada bahagian atas. Warna skema penyamaran kelabu-hijau telah digunakan pada pesawat terkemudian. Pesawat-pesawat ini kemudian ditukar ke warna kelabu gelap.[1] Kedudukan operator joran pesawat KC-10 terletak di bahagian belakang pesawat dilengkapi dengan tingkat yang luas untuk memantau proses pengisian minyak. Operator akan mengawal operasi pengisian minyak melalui sistem digital fly-by-wire.[3]

KDC-10

Keperluan pesawat pengangkut baru untuk kegunaan Tentera Udara Diraja Belanda pertama kalinya dikenal pasti pada tahun 1984. Pada tahun 1991, 4 kategori pesawat keperluan pesawat pengangkut dikenal pasti. Kategori A adalah pesawat kargo besar dengan jarak operasi sekurang-kurangnya 4500 km dan mempunyai kemampuan untuk mengisi minyak di udara untuk pesawat F-16 Falcon. Pada tahun 1992, 2 buah pesawat DC-10-30CF telah diperoleh dari Martinair melalui kontrak beli/disewa balik. Apabila 1 daripada pesawat yang dibeli musnah dalam kemalangan Martinair Flight 495, pesawat ketiga telah dibeli dari Martinair.[4]

Proses penukaran pesawat dilakukan melalui program jualan peralatan ketenteraan kepada negara luar Amerika Syarikat, yang mana telah diberi kepada firma McDonnell Douglas, pereka bagi kedua-dua pesawat DC-10 dan pesawat penangki KC-10. Kos penukaran ini pada mulanya dianggarkan sekitar AS$89.5 juta (pada tahun 1994). Pesawat ini sepatutnya dilengkapi dengan kedua-dua sistem boom dan probe and drogue. Bagaimanapun, disebabkan firma McDonnell Douglas tidak mempunyai pengalaman dalam sistem Pengendali Mengisi Udara Kawalan Jauh (RARO) seperti yang diminta, dan juga disebabkan pesawat ketiga adalah berbeza dengan dua pesawat pertama, program ini tidak dapat disiapkan pada anggaran kos awal. Dengan mengeluarkan sistem probe and drogue dan tembok pembahagi kekal di antara ruang kargo dan penumpang, kos akhir boleh dihadkan kepada AS$96 juta. Untuk menampung kenaikan kos, McDonnell Douglas telah mengupah syarikat Belanda untuk melakukan kerja-kerja penukaran. Kerja penukaran pesawat ini telah dilakukan oleh KLM. Proses penukaran ini telah dilakukan dari bulan Oktober 1994 hingga September 1995 untuk pesawat pertama dan dari bulan Februari hingga Disember 1995 untuk pesawat kedua. Proses penukaran ini mengambil masa lebih lama dari jangkaan, sebahagian besarnya disebabkan oleh McDonnell Douglas gagal untuk menghantar bahagian-bahagian yang diperlukan dalam mengikut masa. Ia sekali lagi menyebabkan peningkatan kos, tetapi kontrak perolehan helikopter AH-64 Apache untuk Tentera Udara Diraja Belanda juga dibeli dari firma McDonnell Douglas, oleh itu harga dipersetujui bersama agar dikekalkan pada AS$96 juta.[4]