Audi dominó con mano de hierro los primeros años del siglo XXI con su R8 pero en 2005 el ACO (entidad que se encarga de organizar las 24 horas de Le Mans) decidió frenar este dominio capando las prestaciones del prototipo alemán. Se restringió parte del aire que entraba al motor y se le añadió lastre de cara a las 24 horas de Le Mans por lo que a finales de dicho año, Audi decidió que era el momento de jubilar al exitoso R8 para dar paso a su sucesor.
El 13 de diciembre de 2005 se mostró en París el nuevo prototipo, bautizado con el nombre de R10 y con las siglas TDI (Turbo Inyección Directa) contaba con un motor V12 de 5.5L que producía una potencia restringida por los reglamentos de consumo de 650 CV. Pero sin duda lo más revolucionario de el motor es que era diesel, cuando todos los demás LMP1 montaban motores de gasolina.
La apuesta de Audi era muy grande. Desde los inicios de las 24 horas de Le Mans solo dos coches habían disputado la carrera con un motor diesel. El primero fue el Delettrez Diesel a finales de los años 40 y principios de los 50 sin lograr acabar la carrera. El segundo intento con este tipo de propulsor llegó en 2004 de la mano de Lola/Caterpillar, coche que tampoco acabó la carrera por un problema en el embrague.
La inversión realizada por Audi para intentar ganar la mítica carrera francesa con un coche diesel fue inmensa. Los datos apuntan a que cada uno de los tres años donde Audi participó de manera oficial con el R10 le costaron a la marca alemana 15 millones de dólares. Este fue sin duda uno de los proyectos más caros y revolucionarios de la historia del Motorsport.
El R10 TDI debutó en competición en las 12 horas de Sebring de 2006. Rinaldo Capello, Allan McNish y Tom Kristensen hicieron historia logrando la pole y la victoria en un gran evento de resistencia, siendo así los primeros en hacerlo con un coche propulsado con un motor diesel. El segundo de los R10 que disputó la carrera no acabó por problemas de sobrecalentamiento. Al día siguiente de la carrera uno de los R10 salió volando lo que hizo que la marca alemana volviera a utilizar el R8 para las siguientes carreras de las ALMS.
La siguiente carrera que disputaría el R10 serían las 24 horas de Le Mans, el objetivo principal de Audi, donde intentarían hacer historia ganando con un diesel. En la clasificación los dos coches alemanes firmaron un doblete y dejaron a los dos Pescarolo a dos segundos exactos.
Completando 380 vueltas, Frank Biela, Emanuele Pirro y Marco Werner consiguieron el objetivo y cruzaron la meta en primer lugar con el R10 TDI. El Audi #8 ganó la carrera con 4 vueltas de ventaja sobre el Pescarolo #17, en el cual estaba Sebastien Loeb. El #7, que había logrado la pole, acabó en tercera posición perdiendo 13 vueltas debido a diversos problemas con un inyector.
A finales de 2006 el R10 de Capello y McNish ganó por séptima vez consecutiva Petit Le Mans para Audi, mientras que el otro de los coches de Ingolstadt acabó a varias vueltas tras un accidente. En total esa temporada el nuevo R10 TDI había ganado absolutamente todas las carreras donde había participado, 8 entre las ALMS y las 24 horas de Le Mans.
Si la temporada 2006 había sido buena para el Audi R10 TDI, la 2007 iba a ser aun mejor. Audi ganó en LMP1 todas las carreras que disputó en las ALMS incluyendo las 12 horas de Sebring y Petit Le Mans, por octava vez consecutiva.
En las 24 horas de Le Mans el dominio de la edición anterior no se iba a repetir, ya que les surgió un nuevo competidor: Peugeot. La marca francesa utilizaba también un motor diesel en su 908 HDI FAP solo que a diferencia con el Audi, se trataba de un prototipo cubierto. Peugeot quería arrebatarles el triunfo ya desde el primer momento, colocando en la pole al 908 #8 de Sarrazin/Lamy/Bourdais.
La carrera no fue nada fácil para Audi. En las primeras horas de carrera Mike Rockenfeller cometió un error y estrelló la unidad extra que Audi había añadido para Le Mans mientras que en el amanecer, Rinaldo Capello tuvo también un accidente por culpa de una rueda mal fijada. Frank Biela, Emanuele Pirro y Marco Werner ganaron la carrera sobreviviendo a una de las ediciones más duras de las 24 horas de Le Mans.
2008 fue el último año en el que el R10 TDI participó como coche oficial de Audi en resistencia, antes de dar paso a su sucesor, el R15. Esta temporada fue la más complicada para la marca alemana, ya que se tuvo que enfrentar a un competitivo 908 tanto en las Le Mans Series como en las grandes carreras (Le Mans, Sebring y Petit Le Mans).
El 6 de abril de 2008, el R10 perdió por primera vez una carrera en la categoría LMP1 en el circuito de Cataluña con motivo de la prueba inaugural de las Le Mans Series. Dicha categoría estuvo dominada por Peugeot todo el año a excepción de la última prueba en Silverstone, donde McNish y Capello se hicieron con la victoria. Pese a ello el segundo de los coches alemanes ganó el campeonato sin ganar ni una sola carrera.
El territorio americano continuaba siendo propiedad de Audi. La marca alemana ganó todas las carreras de la temporada a excepción de la de Detroit, donde uno de sus coches tuvo un accidente y el otro fue descalificado después de la carrera por no pasar las inspecciones técnicas.
Pero sin duda la carrera más dura del R10 fue las 24 horas de Le Mans 2008. Peugeot se mostró muy superior desde el principio, colocando a los tres 908 en las tres primeras posiciones de la parrilla y sacándoles más de 5 segundos a los Audi.
En la salida los tres Peugeot se colocaron en cabeza y se comenzaron a distanciar de los Audi. Allan McNish mostró un ritmo increíble siendo dos segundos por vuelta más rápido que los otros Audi, que perdían unos 5 segundos con los Peugeot. Pero la marca francesa comenzó a tener problemas y el coche que había marcado la pole tuvo que entrar a boxes a reparar daños.
Después de 12 horas de carrera el Audi #2 ya estaba en segunda posición justo por detrás del Peugeot #7. Pero en ese momento la lluvia hizo acto de presencia y fue ahí donde Tom Kristensen, Mr Le Mans, hizo un stint que cambiaría el curso de la carrera. El piloto danés rodaba 8 segundos más rápido que Minassian en el Peugeot #7 y le recortó toda la diferencia que le llevaba. Peugeot optó por cambiar el frontal de sus coches para adaptarlos a las nuevas condiciones y McNish tomó el liderato de la prueba al amanecer, consiguiendo una ventaja de una vuelta sobre los coches franceses.
La lluvia paró de caer y los Peugeot volvieron a rodar más rápidos que el Audi #2 pero una mala decisión de Minassian al final de carrera cuando volvió a llover, manteniéndose con ruedas de seco, hizo que trompeara y que Audi revalidara el título de campeón de Le Mans.
A partir de ese momento Audi ya no volvió a participar de manera oficial con el R10, vendiendo dos de sus unidades al equipo Kolles, que lo utilizó hasta 2010 logrando una séptima posición en Le Mans como mejor resultado.
En total el Audi R10 TDI, contando también las pruebas disputadas con Kolles, ganó 36 de las 48 carreras en las que participó e hizo historia siendo el primer coche diesel en ganar las 24 horas de Le Mans. En definitiva, el Audi R10 TDI marcó un antes y un después en las carreras de resistencia.