Závod Tour de France začal popáté na území Nizozemska. Zajímavostí je že to byl třetí start závodu Velké trojky v Nizozemsku v řadě, po startu Vuelty 2009 v Assenu a Giro d'Italia 2010 v Amsterodamu. První byl prolog v Rotterdamu, jehož trasa vedla i přes známý most Erasmusbrug. Další tři etapy byly ve stylu jarních klasik, přejezd Arden v 2. etapě a 13,2 km úsek kostkovaných cest ve 3. etapě.
Původní počet přihlášených závodníků byl 198 z 31 zemí a z 22 týmů. K úvodnímu prologu ale nenastoupil Španěl Xavier Florencio, který použil lék obsahující zakázanou látku bez vědomí svého týmu Cervélo TestTeam.[1] Prolog poznamenaný deštěm a mokrým povrchem absolvovalo 197 cyklistů a vyhrál ho Švýcar Fabian Cancellara. Získal tím do držení žlutý trikot vedoucího jezdce závodu a zelený trikot nejlepšího v bodovací soutěži. První etapu z Rotterdamu do Bruselu poznamenanou častými pády a hromadným pádem necelý kilometr před cílem vyhrál Ital Alessandro Petacchi. Druhou etapu s cílem ve Spa, částečně vedoucí po jarní klasice Liége - Bastogne - Liége vyhrál po samostatném úniku Sylvain Chavanel a oblékl se do žlutého trikotu. Zbytek etapy byl neutralizován z důvodu pádu většiny pelotonu ve sjezdu z Col de Stockeu. Ve třetí etapě závodníci zavítali na pět úseků pavé slavného Paříž - Roubaix, bylo k vidění velké množství pádů a jeden z favoritů Frank Schleck musel odstoupit ze závodu se zlomenou klíční kostí, na pádu Franka vydělal jeho bratr Andy, když si připsal přes minutu k dobru na Alberta Contadora. Etapu vyhrál Thor Hushovd a do žlutého se znovu oblékl Fabian Cancellara. Následující etapu do Reims si připsal již letos podruhé Alessandro Petacchi. Poté začal znovu úřadovat fantom loňské tour Mark Cavendish a zvítězil v hromadných dojezdech v Montargis a v Gueugnonu. Osmá etapa znamenala tragédii pro Lance Armstronga, který celkem třikrát spadl a ztratil jakékoliv naděje na finální vítězství. V jinak první horské etapě začali úřadovat specialisté vrchaři, vyhrál Andy Schleck a do žlutého trikotu se oblékl Cadel Evans. Devátá etapa obsahovala stoupání na Col de la Madeleine, ve kterém útočili Andy Schleck a Alberto Contador, kvůli vzájemnému taktizování je dojela skupina pronásledovatelů, z nichž zvítězil Sandy Casar. Po této etapě se poprvé se do puntíkovaného trikotu oblékl Anthony Charteau a do žlutého Andy Schleck, jelikož zraněný Cadel Evans dojel se značnou ztrátou. 11. etapa znamenala nejen třetí etapové vítězství pro Marka Cavendishe, ale i diskvalifikaci jeho týmového kolegy Marka Renshawa. Ten byl vyloučen za údery hlavou do soupeře Juliana Deana při závěrečném spurtu.[2][3] Další dvě etapy se dojížděly po únicích a vítězství si připsali Joaquim Rodríguez a Alexandr Vinokurov. Ve 14. etapě zavítal peloton do Pyrenejí, kde se jely celkem 4 etapy. První z nich do Ax-3 Domaines vyhrál Christophe Riblon po dlouhém sólovém úniku. Další etapa znamenala změnu ve žlutém trikotu, ovšem poněkud kontroverzním způsobem. Při stoupání na Port de Bales Andy Schleck nastoupil Contadorovi, ale po chvíli mu spadl řetěz. Contador na útok odpověděl a Schleckovi ujel. Tento útok na muže ve žlutém trikotu při jeho technických problémech vyvolal nesouhlas mezi diváky i částí pelotonu.[4] Alberto Contador se pak za tento čin omluvil.[5] 16. etapa označována jako královská pyrenejská - obsahovala 2 horské prémie 1. kategorie a dvě prémie HC - přivedla peloton poprvé na legendární Col du Tourmalet. Do cíle v Pau dorazil první Pierrick Fédrigo. 17. etapa se opět vracela na Col du Tourmalet, kde tentokrát měla svůj cíl. Andy Schleck se snažil útočit, ale Alberto Contador se ho celou etapu udržel a oba dva společně dojeli do cíle, kde zvítězil Andy Schleck. Další změnu v celkovém pořadí již nepřinesla ani časovka jednotlivců, kterou Alberto Contador zahajoval s 8sekundovým náskokem na Schlecka, který navýšil až na finálních 39 sekund. V časovce, stejně jako v prologu, zvítězil Fabian Cancellara. Poslední etapu, prestižní dojezd na Champs-Elysées, vyhrál v hromadném spurtu Mark Cavendish.
Contadorovo vítězství bylo několik měsíců po skončení závodu závažně zpochybněno poté, co vyšlo najevo podezření z dopingu. Ve vzorcích jeho moči bylo nalezeno stopové množství anabolika clenbuterolu, látky, kterou sportovci za žádných okolností nesmějí používat.[6] Dne 6.2.2012Sportovní arbitrážní soud (CAS) ve švýcarském městě Lausanne potrestal vítěze Tour de France 2010 španělského cyklistu Alberta Contadora za užití anabolika clenbuterolu dvouletým zákazem startu a odebráním vítězství na Tour de France 2010.