Faits: A. A.a C._, né à E._ le 19 juillet 2003, de nationalité espagnole, est le fils de A._ et de B._, non mariés et tous deux de nationalité espagnole. C._ a d'abord vécu avec ses parents en Espagne, à D._, puis à E._. Les parents se sont séparés au mois d'avril 2007. B._ est alors partie vivre avec son fils à F._ (Espagne). A.b Au mois de décembre 2007, la mère s'est mariée avec G._. Deux enfants sont issus de leur union: H._ et I._, nés le 19 avril 2008. B. B.a Au mois de janvier 2009, la mère est, pour des raisons économiques, venue vivre en Suisse, en laissant dans un premier temps ses trois enfants en Espagne; elle a commencé à travailler en février 2009. De mars à septembre 2009, l'enfant C._ a vécu chez sa grand-mère maternelle J._ à E._. Les jumeaux ont d'abord été confiés à des amis de leurs parents, avant de rejoindre C._ chez leur grand-mère. Au début des mois de mars, mai, juin, juillet et août 2009, B._ a respectivement versé les montants de 1'390 fr., 477 fr., 478 fr., et 483 fr. à sa mère. B.b Au mois de septembre 2009, la mère est allée chercher ses trois enfants en Espagne. L'enfant C._ vit depuis lors à Lausanne avec sa mère, ses deux demi-frères et son beau-père. B.c Le 19 septembre 2009, A._ a déposé plainte pénale contre B._ pour avoir emmené leur fils en Suisse sans son autorisation. Le 23 septembre 2009, il a déposé une requête en vue du retour de son fils en Espagne auprès de l'Autorité centrale espagnole. Celle-ci a transmis cette requête le 3 novembre 2009 à l'Office fédéral de la justice. B.d C._ a commencé l'école en Suisse le 5 novembre 2009, à Lausanne, en classe de cycle initial. C. C.a Par demande du 23 avril 2010 adressée à la Chambre des tutelles du Tribunal cantonal du canton de Vaud, le père a conclu à ce que le retour de son fils à son domicile habituel soit ordonné et à ce qu'ordre soit donné à la mère, sous la menace de la peine d'amende prévue à l'art. 292 CP, de remettre l'enfant au Service de protection de la jeunesse (ci-après: SPJ) dans les cinq jours afin que celui-ci se charge du rapatriement de l'enfant auprès de lui en Espagne. Subsidiairement, il a conclu à ce qu'ordre soit donné à la mère de rapatrier l'enfant auprès de lui en Espagne, l'exécution pouvant intervenir, passé ce délai, sous l'égide de la police. Le 29 avril 2010, la Chambre des tutelles a rejeté la requête de mesures préprovisionnelles et provisionnelles déposée parallèlement par le père, tendant à ce que la mission soit confiée au SPJ de placer l'enfant au mieux de ses intérêts, subsidiairement à ce qu'il soit donné ordre à la mère de déposer dans les deux jours son passeport et sa carte d'identité, ainsi que ceux de son fils au greffe, et de remettre son fils au SPJ dans les deux jours afin qu'il se charge de son placement; la cour cantonale a considéré que cette requête constituait une requête de mesures de protection au sens de l'art. 6 de la Loi fédérale sur l'enlèvement international d'enfants et les Conventions de La Haye sur la protection des enfants et des adultes du 21 décembre 2007 (RS 211.222.32; LF-EEA) et qu'aucune mesure spécifique de protection n'était justifiée en l'état, le risque invoqué de fuite de la mère de l'enfant ne paraissant pas suffisamment concret. C.b Mandaté par la Chambre des tutelles, le SPJ a déposé un rapport d'évaluation concernant la situation de l'enfant C._ le 12 mai 2010. Dans ses conclusions, le SPJ a relevé qu'il ne se justifiait pas de prendre des mesures de protection à l'égard de l'enfant, qui n'était pas en danger et qui était normalement scolarisé dans le cycle correspondant à son âge, tout en s'étonnant du fait que la question des abus d'ordre sexuel dont cet enfant aurait été victime n'ait pas été évoquée dans le dossier qui lui avait été transmis. C.c Par lettre du 25 mai 2010, le Juge d'instruction de l'arrondissement de Lausanne a informé la Chambre des tutelles qu'aucune enquête pénale n'avait été ouverte dans le canton de Vaud ensuite des déclarations de l'enfant, que le résultat des investigations policières avait été transmis le 25 février 2010 aux autorités judiciaires en Espagne, for de l'action pénale, et que, afin de ne pas nuire au bon déroulement des investigations menées en Espagne, aucune pièce ne pouvait lui être transmise. C.d Lors de l'audience de jugement qui s'est déroulée le 26 mai 2010 devant la Chambre des tutelles, la mère a exposé que son fils lui avait parlé des abus d'ordre sexuel qu'il aurait subis de la part de son oncle chez sa grand-mère en Espagne lorsqu'elle lui avait parlé d'un éventuel retour chez celle-ci et que l'enfant lui avait alors manifesté son refus de retourner vivre chez sa grand-mère. C.e Par arrêt du 26 mai 2010, la Chambre des tutelles a rejeté la requête en retour déposée par le père, sans frais, et condamné celui-ci à verser à la mère 2'000 fr. à titre de dépens. D. Le père interjette le 14 juin 2010 un recours en matière civile au Tribunal fédéral contre cet arrêt, concluant à sa réforme en ce sens que la requête en retour déposée est admise, la décision étant rendue sans frais ni dépens. Il sollicite en outre le bénéfice de l'assistance judiciaire. La mère conclut au rejet du recours et sollicite également l'octroi de l'assistance judiciaire. La curatrice de l'enfant a renoncé à se déterminer dans le délai qui lui a été imparti à cet effet. La cour cantonale se réfère aux considérants de son arrêt.