Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach in Bestätigung des erstinstanzlichen Entscheids X._ mit Urteil vom 31. August 2010 der qualifizierten Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz schuldig. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der erstandenen Untersuchungshaft von 678 Tagen zu einer Freiheitsstrafe von sieben Jahren. B. Gegen dieses Urteil erhebt X._ Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts vom 31. August 2010 sei aufzuheben und die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Zudem sei ihm die unentgeltliche Prozessführung zu gewähren und Rechtsanwältin Zimmermann als unentgeltliche Rechtsvertreterin beizuordnen. C. Es wurden keine Vernehmlassungen eingeholt.