Sachverhalt: A. X._ war am 11. September 2009 spät abends mit seinem Personenwagen - ohne die Sicherheitsgurten zu tragen - unterwegs, als er in eine polizeiliche Verkehrskontrolle geriet. Aufgrund festgestellter Anzeichen von Angetrunkenheit wurden zwei Atemlufttests durchgeführt, welche einen Alkoholgehalt von mindestens 1,30 Gewichtspromille ergaben. Im Bezirksspital Muri wurde X._ zur Fahrfähigkeit ärztlich untersucht. Gemäss Polizeiprotokoll verweigerte er die angeordnete Blutprobe. B. Das Gerichtspräsidium Muri sprach X._ am 16. März 2010 wegen Fahrens in fahrunfähigem Zustand, Vereitelung einer Blutprobe und Nichttragens der Sicherheitsgurten schuldig und verurteilte ihn zu einer unbedingten Geldstrafe von 60 Tagessätzen à Fr. 65.00 (Ersatzfreiheitsstrafe 60 Tage) und zu einer Busse von Fr. 60.00. Die dagegen erhobene Berufung von X._ wies das Obergericht des Kantons Aargau am 24. August 2010 in Bestätigung des erstinstanzlichen Urteils ab. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, er sei wegen Nichttragens der Sicherheitsgurten mit Fr. 60.00 zu büssen. Im Übrigen sei er von Schuld und Strafe freizusprechen. Eventualiter sei die Sache zur Ergänzung des Beweisverfahrens und Neubeurteilung an die Vorinstanz oder die erste Instanz zurückzuweisen. Er stellt zudem ein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege. D. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.