Чтобы обеспечить замену штурмовику Ил-2, в 1943 г. было разработано два разных опытных самолета. Вариант Ил-8, сохранив близкое сходство с Ил-2, был оснащен более мощным двигателем АМ-42, имел новое крыло, горизонтальное хвостовое оперение и шасси, объединенные с фюзеляжем самолета Ил-2 позднего производства. Он прошел летные испытания в апреле 1944 г., но от него отказались в пользу Ил-10, который являлся совершенно новой разработкой цельнометаллической конструкции и усовершенствованной аэродинамической формы. Главные стойки шасси убирались внутрь крыла, в связи с чем с крыла исчезли большие обтекатели, как у Ил-2. Положительные результаты испытаний опытного самолета привели к выпуску партии предсерийных машин. Массовое производство было начато в августе 1944 г., а оценка в действующих полках - два месяца спустя. Впервые этот самолет стал использоваться в феврале 1945 г., а к весне его производство достигло пика. Перед капитуляцией Германии многие полки были переукомплектованы этими штурмовиками; значительное их количество принимало участие в коротких, но широкомасштабных действиях против японских захватчиков в Маньчжурии и Корее в течение августа 1945 г.

Производство продолжалось и в послевоенный период. На заводах Советского Союза было построено 4966 машин. Последний самолет покинул сборочную линию в 1955 г. Кроме этого самолеты Ил-10 строились на чешском авиационном заводе под обозначением B-33 и CB-33, причем последний являлся эквивалентом учебно-тренировочного варианта самолета Ил-10У. Производство этих аппаратов в Чехословакии прекратилось в 1954 г. после того, как были построены более 1200 экземпляров. С 1955 г. их производство в Советском Союзе сконцентрировалось на самолете Ил-10М, который отличался совершенно новой формой крыла в плане с более толстым профилем, слегка удлиненным фюзеляжем, а также повышенной емкостью горючего и модифицированным шасси с увеличенной колеей. Ил-10 являлся основным самолетом, состоявшим на вооружении советских штурмовых полков до 1956 г.; он также широко использовался странами Варшавского Договора. КНДР использовала их на начальной стадии Корейской войны в 1950 г. и понесла значительные потери, так как эти самолеты были совершенно изношенными.

Самолет Ил-10 был испытан с дополнительным ракетным двигателем ЖРД-1 в хвостовой части фюзеляжа, но эта модификация не была принята. Конструкторское бюро Ильюшина постоянно стремилось улучшить последующие разработки штурмовиков, включая одноместный Ил-20 и самолет Ил-40 с двумя турбореактивными двигателями, но эти проекты не получили официального одобрения. Была принята западная концепция тактического ударного истребителя.