Sachverhalt: A. Das Bezirksgericht Kulm sprach X._ mit Entscheid vom 2. März 2010 der mehrfachen sexuellen Handlung mit einem Kind sowie der mehrfachen Pornographie schuldig. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der Untersuchungshaft von einem Tag zu einer unbedingten Freiheitsstrafe von 14 Monaten. Die Strafe schob es zugunsten einer ambulanten psychotherapeutischen Behandlung auf. B. Das Obergericht des Kantons Aargau hiess die Berufung der Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau mit Urteil vom 10. Juni 2010 gut und sprach die ambulante Massnahme vollzugsbegleitend aus. C. Gegen dieses Urteil erhebt X._ Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Aargau vom 10. Juni 2010 sei aufzuheben und der Entscheid des Bezirksgerichts Kulm vom 2. März 2010 sei zu bestätigen. Zudem sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren. D. Die Vorinstanz sowie die Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau verzichten auf Vernehmlassungen.