20 февраля 1958 года правительство СССР распорядилось приступить к проектированию «летающего крана» на базе Ми-6. Задание предусматривало грузоподъёмность 12 тонн при дальности 250 км и максимальную (при перевозке на короткие расстояния) — 15 тонн. В процессе проектирования задание было дополнено требованием по перевозке крылатых и баллистических ракет, что и стало основной задачей Ми-10.
Прототип, известный как В-10, поднялся в небо 15 июня 1960 года, успешно испытывался, но в мае 1961 года сгорел на земле из-за технической неисправности. 23 сентября 1961 года второй опытный В-10 установил рекорд грузоподъёмности в 15 103 кг на высоту 2200 м. В последующие годы ВПК отказался от идеи возить ракеты вертолётами, и проект оказался на грани закрытия. Выпуск серийного Ми-10, начатый в 1964 году, составил всего 24 единицы. Широкого применения эти машины не нашли, так как фиксация груза гидрозахватами требовала оборудования грузов ответными узлами.
На открытой площадке ЦМ ВВС экспонируется одна из модификаций этого вертолёта – Ми-10К, разработанная специально для проведения строительно-монтажных работ.