Strafverfahren, hat sich ergeben: A.- Am 11. Februar 2000 sprach das Kriminalgericht des Kantons Luzern I._ der mehrfachen Widerhandlung gegen Art. 19 Ziff. 1 BetmG, begangen als schwerer Fall nach Art. 19 Ziff. 2 lit. a-c BetmG, und der Geldfälschung nach Art. 240 Abs. 1 StGB schuldig und verurteilt ihn zu 12 Jahren Zuchthaus, abzüglich 802 Tage Untersuchungshaft, und 12 Jahren Landesverweisung. Das Gericht hielt es für erwiesen, dass I._ im Frühjahr und Sommer 1997 zusammen mit seinen Komplizen insgesamt 17.7 kg Heroin für Fr. 24'000.--/kg gekauft und für Fr. 27'000.--/kg. verkauft habe; weitere vier Kilogramm Heroin habe er für insgesamt Fr. 72'000.-- gekauft und - wegen der mangelhaften Qualität des Heroins - zum Ankaufspreis weiterverkauft. 200 g Heroin habe er zu einem unbekannten Preis verkauft. Daneben habe er Anstalten zum Handel mit zwanzig Kilogramm Heroin getroffen. Schliesslich habe er sich an der Fälschung von Geldnoten beteiligt. B.- Hiergegen appellierte I._ an das Obergericht des Kantons Luzern mit dem Antrag, er sei im Sinne seines Geständnisses (betreffend die Beteiligung an der Übernahme vom 6 kg Heroin am 17. Juni 1997) wegen Widerhandlung gegen Art. 19 BetmG schuldig zu sprechen und zu einer Gefängnisstrafe von höchstens 18 Monaten, bedingt vollziehbar, zu bestrafen; von allen anderen Vorwürfen sei er freizusprechen. Das Obergericht sprach I._ am 23. August 2000 vom Vorwurf des Anstaltentreffens zur Übernahme von 20 kg Heroin frei, bestätigte aber im Übrigen den Schuldspruch des Kriminalgerichts und verurteilte I._ zu 10 Jahren Zuchthaus, abzüglich 996 Tagen Untersuchungshaft, und 12 Jahren Landesverweisung. C.- Gegen das Urteil des Obergerichts, dessen Begründung ihm am 29. November 2000 zugestellt worden war, erhob I._ am 15. Januar 2001 staatsrechtliche Beschwerde ans Bundesgericht. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts sei aufzuheben und es sei das Verfahren zur Neubeurteilung zurückzuweisen. Mit Schreiben vom 5. März 2001 ersuchte er um die Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege. D.- Das Obergericht beantragt, die staatsrechtliche Beschwerde sei abzuweisen, soweit darauf einzutreten sei. Die Staatsanwaltschaft schliesst auf Abweisung der Beschwerde. In seiner Replik hält der Beschwerdeführer an seinem Antrag und seinen Rügen fest.