Faits: A.a Y._, ressortissant tunisien né en 1979, a été interpellé le 18 septembre 2006 par la police genevoise, alors qu'il fumait du haschisch. Il n'était en possession ni d'une pièce d'identité ni d'une autorisation de séjour en Suisse. Par décision du 19 octobre 2006, l'Office fédéral des migrations a prononcé à l'endroit du prénommé une interdiction d'entrée en Suisse valable jusqu'au 18 octobre 2009. Le 1er novembre 2006, Y._ a été interpellé à Genève après avoir vendu du haschisch. A cette occasion, il a déclaré avoir perdu sa pièce d'identité en Italie. Par ordonnance du 2 novembre 2006, le Procureur général de la République et canton de Genève a condamné Y._ à une peine de 30 jours d'emprisonnement avec sursis pendant trois ans pour infractions aux législations fédérales sur les stupéfiants et sur le séjour et l'établissement des étrangers. Le même jour, la police genevoise lui a en outre signifié une interdiction de pénétrer sur une partie du territoire genevois ("interdiction locale Genève") pour une durée de six mois. Le 11 novembre 2006, Y._ a été interpellé par la police genevoise alors qu'il se trouvait dans le secteur dont l'accès lui avait été interdit. A cette occasion, il a déclaré fumer du haschisch à raison de dix à quinze joints par jour depuis 2001. Le 29 janvier 2008, Y._ a une nouvelle fois été interpellé par la police genevoise. Entendu comme auteur présumé du cambriolage d'un kiosque, il a déclaré séjourner illégalement en Suisse depuis environ deux ans et gagner sa vie en vendant de la résine de cannabis. Par jugement du 26 février 2008, le Tribunal de police de Genève a condamné Y._ à une peine pécuniaire de 70 jours-amendes à 30 fr. avec sursis pendant quatre ans pour tentative de vol, violation de domicile, dommages à la propriété et délit contre la législation fédérale sur les stupéfiants. Le 9 juillet 2008, la police genevoise a interpellé Y._ alors qu'il consommait du haschisch. Le 9 juillet 2008, la police genevoise a interpellé Y._ alors qu'il consommait du haschisch. A.b Le 4 septembre 2008, Z._, ressortissante française née en 1981, titulaire d'une autorisation d'établissement en Suisse de type "CE/AELE" et domiciliée à Lausanne, et X._, ressortissant algérien né le 20 février 1979, ont demandé à l'Office de l'état civil de Lausanne l'ouverture d'une procédure de mariage. Le 2 décembre 2008, X._ s'est annoncé à la commune de Lausanne et a sollicité une autorisation de séjour en vue de mariage. Il a affirmé être arrivé en Suisse en janvier 2008 et n'avoir fait l'objet d'aucune condamnation ni en Suisse ni à l'étranger. Le 2 décembre 2008, X._ s'est annoncé à la commune de Lausanne et a sollicité une autorisation de séjour en vue de mariage. Il a affirmé être arrivé en Suisse en janvier 2008 et n'avoir fait l'objet d'aucune condamnation ni en Suisse ni à l'étranger. A.c Le 12 janvier 2009, Y._ a été interpellé à Genève puis entendu en qualité d'auteur présumé d'infractions à la législation fédérale sur les stupéfiants. Il a notamment déclaré vivre chez son amie à Genève. Par ordonnance du 16 janvier 2009, le juge d'instruction a condamné le prénommé, pour infractions aux législations fédérales sur les étrangers et sur les stupéfiants, à une peine privative de liberté de 50 jours et a révoqué le sursis prononcé le 2 novembre 2006. Y._ a purgé sa peine du 13 janvier au 31 mars 2009. Y._ a purgé sa peine du 13 janvier au 31 mars 2009. A.d Le 11 mai 2009, la police genevoise a transmis au Service de la population du canton de Vaud une photographie de Y._. Il s'est avéré que Y._ et X._ n'étaient qu'une seule et même personne. Suspectant que les fiancés voulaient contracter un mariage blanc, l'Office de l'état civil les a entendus séparément. Les fiancés ont affirmé s'être rencontrés le 30 mars 2008 à Lausanne. X._ a précisé être arrivé en Suisse en 2007. Par lettre du 25 septembre 2009, le Service de la population a informé X._ qu'il avait l'intention de refuser de lui octroyer une autorisation de séjour et lui a donné la possibilité de se déterminer. Le 19 octobre 2009, à Lausanne, X._ a épousé Z._. Par décision du 7 décembre 2009, le Service de la population a refusé d'octroyer à X._ une autorisation de séjour sous quel-que forme que ce soit. B. Saisi d'un recours de X._ contre cette décision, le Tribunal cantonal du canton de Vaud l'a rejeté par arrêt du 26 mai 2010. Cette autorité a considéré qu'au vu des infractions commises par ce dernier et du fait qu'il n'avait cessé de tenir des propos mensongers aux autorités, le Service de la population n'avait pas abusé de son pouvoir d'appréciation en refusant de lui délivrer l'autorisation sollicitée. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, X._ demande au Tribunal fédéral d'annuler la décision du 26 mai 2010 et, principalement, d'inviter l'autorité précédente à lui délivrer une autorisation de séjour; à titre subsidiaire, il conclut à ce que le dossier soit renvoyé à l'autorité précédente pour complément d'instruction et nouvelle décision. Il demande également à bénéficier de l'assistance judiciaire et requiert à titre préalable que son recours soit doté de l'effet suspensif. Il fait valoir en substance que le risque de récidive doit être relativisé et qu'il ne représente pas une menace actuelle et suffisamment grave pour qu'il se justifie de lui refuser l'autorisation sollicitée. L'autorité précédente renonce à se déterminer sur le recours et renvoie aux considérants de son arrêt. Le Service de la population renonce à se prononcer, tandis que l'Office fédéral des migrations conclut au rejet du recours. Par ordonnance présidentielle du 30 juin 2010, la requête d'effet suspensif a été admise. Le 10 décembre 2010, la Cour de céans a délibéré sur le présent recours en séance publique.