Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Aarau sprach Marcel M._ am 21. Oktober 2009 der fahrlässigen Tötung, der schweren Körperverletzung sowie des Raufhandels schuldig. Es verurteilte ihn als Zusatzstrafe zu einem Urteil des Militärgerichts 7 zu einer Freiheitsstrafe von fünf Jahren. Das Obergericht des Kantons Aargau hiess mit Urteil vom 23. Juni 2010 die von Marcel M._ dagegen erhobene Berufung teilweise gut. Es reduzierte das Strafmass auf drei Jahre und 356 Tage.
B. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt Marcel M._, das Urteil des Obergerichts sei aufzuheben und die Strafsache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Zudem ersucht Marcel M._ um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.

Erwägungen:
1. Die Anklageschrift vom 18. Mai 2009 hält zusammengefasst Folgendes fest:
In der Nacht vom 21. auf den 22. Juli 2007 kam es in der Discothek Kettenbrücke in Aarau zu einer verbalen und tätlichen Auseinandersetzung zwischen dem Opfer A._ und unbekannten Personen. A._ wurde deshalb von den Türstehern aus dem Lokal gewiesen. Bevor er das Lokal verliess, rempelte er den Beschwerdeführer an, worauf es zwischen den beiden zu einer kurzen verbalen Auseinandersetzung kam. B._, C._ und D._ gingen nach draussen, um zu ihrem Kollegen A._ zu schauen. Als der Beschwerdeführer und seine Kollegen ebenfalls das Lokal verliessen, fragte E._ den Beschwerdeführer, ob er sich das vorherige Anrempeln von A._ einfach gefallen lasse. Daraufhin ging der Beschwerdeführer gefolgt von F._, G._ und E._ auf A._ und dessen Kollegen zu. G._ versuchte, jemandem eine Ohrfeige zu geben, verfehlte diese Person aber. Sofort danach schlug der Beschwerdeführer A._ die Faust voll ins Gesicht, worauf dieser zu Boden fiel, ohne wieder aufzustehen. Es kam zu einer wechselseitigen tätlichen Auseinandersetzung zwischen dem Beschwerdeführer, F._ und G._ auf der einen und D._, C._ und B._ auf der anderen Seite. A._ wurde ins Kantonsspital Aarau (nachfolgend KSA) eingeliefert, wo er am 25. September 2007 verstarb (angefochtenes Urteil S. 2 f.).
2. Der Beschwerdeführer rügt die Verletzung des Anspruchs auf rechtliches Gehör infolge Abweisung seines Antrags auf Einholung eines Zweit- oder Obergutachtens über die Todesursache des Opfers.
2.1 Das Gutachten des Instituts für Rechtsmedizin der Universität Bern (nachfolgend IRM) vom 30. Juli 2008 hält bei der rechtsmedizinischen Beurteilung fest, das Opfer sei an den Folgen einer Sauerstoffmangelschädigung des Gehirns verstorben. Diese habe ihre Ursache in einer rupturierten Kleinhirnarterie mit Blutung in den Subduralraum, Spasmen der Gefässe, sekundärer Ausbildung eines traumatischen Aneurysmas, ansteigendem Hirndruck und Blutung in die Ventrikel des Gehirns. Bei diesem Aneurysma handle es sich eindeutig um eine Trauma-Folge, denn auf den ersten Angiogrammen im KSA sei die entsprechende Hirnschlagarterie noch intakt und nirgends ausgesackt gewesen. Die Subarachnoidalblutung habe bereits am Eintrittstag, daher vor Entwicklung des Aneurysmas bestanden. "Praktisch beweisend" für ein schweres Schädelhirntrauma sei die autoptisch festgestellte Blutung in den Subduralraum (zwischen harter und weicher Hirnhaut) mit etwa gleichem Alter wie die Subarachnoidalblutung. Die kausale Verknüpfung zwischen der Schlägerei und dem Tod des Opfers sei auch dadurch gesichert, dass die Symptomatik unmittelbar nach der Schlägerei eingesetzt habe, indem das Opfer bewusstlos geworden sei, und sich trotz therapeutischer Massnahmen laufend verschlechtert habe. Der Faustschlag stehe als Ursache der Gefässruptur im Vordergrund, weil dieser an der Gesichtshaut in der Regel - im Unterschied zum Sturz zu Boden oder zum Kopfanprall gegen eine harte Struktur - keine eindrücklichen Befunde wie Quetschwunden oder Hautabschürfungen verursache und äusserlich am Kopf nur eine "Prellmarke" an der Stirn rechts diagnostiziert worden sei. Zusammenfassend sei an der kausalen Verknüpfung zwischen der Schlägerei und dem Tod des Opfers nicht zu zweifeln (kantonale Akten pag. 418 f.).
2.2 Wie alle Beweismittel unterliegen auch Gutachten der freien richterlichen Beweiswürdigung. Kriterien bilden die Vollständigkeit, die Nachvollziehbarkeit und die Schlüssigkeit des Gutachtens. Das Gericht hat zu prüfen, ob dieses alle Fragen beantwortet, sich auf den zutreffenden Sachverhalt stützt und den Befund ausreichend begründet. In Sachfragen weicht der Richter jedoch nur aus triftigen Gründen von einer gerichtlichen Expertise ab. Die Beweiswürdigung und die Beantwortung der sich stellenden Rechtsfragen sind Aufgabe des Richters. Dieser hat zu prüfen, ob sich aufgrund der übrigen Beweismittel und der Vorbringen der Parteien ernsthafte Einwände gegen die Schlüssigkeit der gutachterlichen Darlegungen aufdrängen. Erscheint ihm die Schlüssigkeit eines Gutachtens in wesentlichen Punkten zweifelhaft, hat er nötigenfalls ergänzende Beweise zur Klärung dieser Zweifel zu erheben. Das Abstellen auf eine nicht schlüssige Expertise bzw. der Verzicht auf die gebotenen zusätzlichen Beweiserhebungen kann Verstösse gegen das Willkürverbot oder gegen die Verfahrensrechte der Parteien nach sich ziehen (<ref-ruling> E. 4.2.3 S. 391; Urteil 4A_327/2009 vom 13. Oktober 2009 E. 2.2; Urteil 9C_273/2009 vom 14. September 2009 E. 3.1; je mit Hinweisen).
Der in <ref-law> gewährleistete Anspruch auf rechtliches Gehör verlangt, dass die Behörden die Vorbringen des vom Entscheid in seiner Rechtsstellung Betroffenen auch tatsächlich hören, prüfen und in der Entscheidfindung berücksichtigen. Keine Verletzung des rechtlichen Gehörs liegt vor, wenn eine Behörde auf die Abnahme beantragter Beweismittel verzichtet, weil sie aufgrund der bereits abgenommenen Beweise ihre Überzeugung gebildet hat und ohne Willkür in vorweggenommener Beweiswürdigung annehmen kann, ihre Überzeugung würde durch weitere Beweiserhebungen nicht geändert (<ref-ruling> E. 5.2 und 5.3 S. 236 f. mit Hinweisen).
Hinsichtlich der Verletzung von Grundrechten und von kantonalem und interkantonalem Recht gilt eine qualifizierte Rügepflicht. Das Bundesgericht prüft eine solche Rüge nur insofern, als sie in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1 S. 53; 65 E. 1.3.1 S. 68; je mit Hinweisen).
2.3 Die Vorinstanz verweist für die Frage der Todesursache auf das Gutachten des IRM. Sie führt aus, der Auftrag an die Gutachter ergebe sich aus dem Gutachten, wonach Stellung zur Todesursache und zur Frage der Kausalität des Todes mit der Schlägerei zu nehmen war. Der Beschwerdeführer habe Ergänzungsfragen stellen können. Diese seien vom Sachverständigen Dr. med. H._ mit rechtsmedizinischem Bericht vom 15. Oktober 2009 sowie von den Sachverständigen Dr. med. H._ und Dr. med. I._ anlässlich der erstinstanzlichen Hauptverhandlung beantwortet worden. Der Beschwerdeführer habe an der Verhandlung weitere Ergänzungs- und Erläuterungsfragen stellen können. Den Gutachtern seien sämtliche Unterlagen, inkl. der Nachbefundung von Dr. med. J._, zur Verfügung gestanden. Zusammengefasst liege kein mangelhaftes oder widersprüchliches Gutachten vor (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.1. S. 10 ff.). Die Vorinstanz führt weiter aus, Dr. med. J._ habe zur massgeblichen linken hinteren unteren Kleinhirnschlagader (nachfolgend PICA) festgehalten, es sei fraglich, ob gerade am Abgang der PICA eine kleine Erweiterung vorhanden sei. Diese Nachbefundung sei von den Gutachtern berücksichtigt worden und widerspreche insgesamt nicht deren Auffassung und Schlussfolgerung. Auch die schriftliche Meinungsäusserung des behandelnden Arztes Dr. med. K._ dränge keine begründeten Zweifel an der Schlüssigkeit des Gutachtens auf. Dr. med. K._ belege seine Auffassung, der Tod des Opfers sei nicht auf eine Verletzung, sondern auf eine Hirnblutung nach der Ruptur eines vorbestehenden Hirnaneurysmas zurückzuführen, nicht weiter bzw. verweise lediglich auf die Krankenakte. Die Gutachter hätten sowohl im Gutachten als auch anlässlich der mündlichen Befragung eingehend Stellung dazu genommen, weshalb sie ein Trauma als Ursache des Aneurysmas betrachten würden. Dr. med. I._ habe eindrücklich geschildert, wie das Hirngefäss gerissen sein müsse, wie sich die Läsion wohl selbst habe reparieren können und wie sodann im Verlauf die Aussackung entstanden sei. Die Gutachter hätten als weiteren Grund für ein Trauma des Aneurysmas die Subduralblutung zwischen harter und weicher Hirnhaut genannt. Zu einer solchen Blutung komme es, weil beim Trauma die dort verlaufenden Brückenvenen einreissen würden (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.2. S. 12 ff.).
2.4 Der Beschwerdeführer bringt vor, Dr. med. K._ habe das Opfer während zwei Monaten intensiv untersucht und behandelt. Er habe zu Ungunsten seines Patienten festgestellt, dass dieser an einer schweren mehrmaligen Subarachnoidalblutung nach Ruptur eines vorbestehenden, angiografisch nachgewiesenen Hirnaneurysmas, welches mit äusseren Einwirkungen und Verletzungen nichts zu tun habe, gestorben sei. Diese Feststellung sei zusammen mit anderen Widersprüchen des Gutachtens geeignet, die Schlüsse der gerichtlichen Gutachter in Zweifel zu ziehen. Die Gutachter würden mit der Formulierung "praktisch beweisend" zugestehen, dass ein Trauma nicht gesichert sei und die Blutungen auch auf andere Ursachen zurückzuführen sein könnten. Die kleine oberflächliche Prellmarke rechts an der Stirn sei lediglich von einer Konsiliarärztin, einen Tag nach der Einweisung des Opfers, festgehalten worden. Es sei möglich, dass die Ursache für die angebliche Prellung und damit für den Tod des Opfers nach der Schlägerei gesetzt worden sei. Weiter seien die radiologischen Befundungen erst ein Jahr nach der Tat erfolgt und das rupturierte Aneurysma an der PICA sei nie untersucht worden. Somit sei nicht schlüssig, dass es sich gemäss den Gutachtern beim Aneurysma "eindeutig" um eine Trauma-Folge handle, sowie weshalb an der kausalen Verknüpfung zwischen der Schlägerei und dem Tod "nicht zu zweifeln" sei.
2.4 Der Beschwerdeführer bringt vor, Dr. med. K._ habe das Opfer während zwei Monaten intensiv untersucht und behandelt. Er habe zu Ungunsten seines Patienten festgestellt, dass dieser an einer schweren mehrmaligen Subarachnoidalblutung nach Ruptur eines vorbestehenden, angiografisch nachgewiesenen Hirnaneurysmas, welches mit äusseren Einwirkungen und Verletzungen nichts zu tun habe, gestorben sei. Diese Feststellung sei zusammen mit anderen Widersprüchen des Gutachtens geeignet, die Schlüsse der gerichtlichen Gutachter in Zweifel zu ziehen. Die Gutachter würden mit der Formulierung "praktisch beweisend" zugestehen, dass ein Trauma nicht gesichert sei und die Blutungen auch auf andere Ursachen zurückzuführen sein könnten. Die kleine oberflächliche Prellmarke rechts an der Stirn sei lediglich von einer Konsiliarärztin, einen Tag nach der Einweisung des Opfers, festgehalten worden. Es sei möglich, dass die Ursache für die angebliche Prellung und damit für den Tod des Opfers nach der Schlägerei gesetzt worden sei. Weiter seien die radiologischen Befundungen erst ein Jahr nach der Tat erfolgt und das rupturierte Aneurysma an der PICA sei nie untersucht worden. Somit sei nicht schlüssig, dass es sich gemäss den Gutachtern beim Aneurysma "eindeutig" um eine Trauma-Folge handle, sowie weshalb an der kausalen Verknüpfung zwischen der Schlägerei und dem Tod "nicht zu zweifeln" sei.
2.5 2.5.1 Soweit der Beschwerdeführer geltend macht, das Gutachten leide an formellen Mängeln (vgl. Beschwerde S. 8), wiederholt er in weiten Teilen seine Vorbringen, welche er bereits in der Berufung vorgebracht hat. Die Vorinstanz begründet, inwiefern der Gutachterauftrag aktenkundig gewesen ist. Sie legt dar, wann der Beschwerdeführer Gelegenheit zur Stellung von Ergänzungsfragen hatte (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.1. S. 10 f.). Aus der Beschwerde ergibt sich nicht, inwiefern die Vorinstanz die Parteirechte des Beschwerdeführers verletzt haben soll. Die Rüge erschöpft sich in appellatorischer Kritik am angefochtenen Urteil. Darauf ist nicht einzutreten (<ref-law>).
2.5.2 Die Vorinstanz beurteilt das Gutachten des IRM als in den entscheidenden Punkten widerspruchsfrei und die Schlussfolgerungen als begründet, schlüssig und nachvollziehbar (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.1. S. 10). Sie sieht davon ab, ein neues Gutachten einzuholen (angefochtenes Urteil E. 2.1.4. S. 15). Was der Beschwerdeführer gegen die vorinstanzlichen Erwägungen vorbringt, zeigt keine Willkür auf. Die Vorinstanz begründet, gemäss den Gutachtern sei die Hirnschlagarterie zunächst noch intakt gewesen, und das Aneurysma sei erst am 31. Juli 2007 radiologisch dargestellt worden. Sie erachtet die Erklärung der Gutachter, die Aussackung sei nicht vorbestehend gewesen und habe deshalb aufgrund eines Traumas entstehen müssen, als schlüssig und mit den Unterlagen des KSA übereinstimmend (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.2. S. 14 mit zahlreichen Hinweisen auf die kantonalen Akten). Die Vorinstanz berücksichtigt den Umstand, dass das Aneurysma selber histologisch nicht untersucht werden konnte, weil die Lokalisation vom Spital nicht richtig bzw. verzögert mitgeteilt wurde. Obschon deshalb eine allfällige Schwächung des Gefässes durch einen vorbestehenden Krankheitsprozess nicht untersucht werden konnte, schliesst die Vorinstanz diese Möglichkeit gestützt auf das Gutachten aus. Sie weist darauf hin, dass die Gutachter eine vorbestehende Schwächung mit der einleuchtenden Begründung verneinen, die übrigen Hirnbasisschlagadern wiesen keine Anomalien auf (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.2. S. 14 f.). Zu den verspäteten radiologischen Befundungen hält die Vorinstanz fest, die Gutachter hätten klar erläutert, dass die Verzögerung keinen Einfluss auf die Interpretation und Behandlung der Befunde ausgeübt habe bzw. nur einen "Schönheitsfehler" darstelle (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.1. S. 12). Die Vorinstanz nimmt weiter Bezug auf die Meinungsäusserung von Dr. med. K._. Sie legt dar, weshalb sich aufgrund dieses Privatgutachtens - welchem nicht die Qualität von einem Beweismittel, sondern von einer blossen Parteibehauptung beizumessen ist (<ref-ruling> E. 3.3.1 S. 677 mit Hinweisen) - keine Zweifel an der Schlüssigkeit des Gutachtens des IRM aufdrängen. Die Vorinstanz bestätigt zwar, dass sich in mehreren Dokumenten keine Hinweise auf äussere Verletzungen finden würden. Gemäss neurochirurgischem Konsilium vom 23. Juli 2007 sei jedoch eine "kleine oberflächliche Prellmarke rechts frontal" vorhanden gewesen (angefochtenes Urteil E. 2.1.3.1. S. 13).
2.5.3 Die Vorinstanz konnte willkürfrei in vorweggenommener Beweiswürdigung auf die Anordnung eines Zweit- oder Obergutachtens verzichten, ohne dabei den Anspruch des Beschwerdeführers auf rechtliches Gehör zu verletzen. Dessen Rüge erweist sich als unbegründet.
3. Der Beschwerdeführer rügt eine willkürliche Beweiswürdigung. In Anwendung des Grundsatzes "in dubio pro reo" sei nicht erstellt, dass er den Faustschlag gegen das Opfer ausgeführt bzw. dieses überhaupt geschlagen habe.
3.1 Die Vorinstanz führt aus, D._ habe dem Opfer zum Tatzeitpunkt am nächsten gestanden. Gemäss dessen Aussage habe der Beschwerdeführer dem Opfer die Faust ins Gesicht geschlagen, worauf dieses umgefallen sei. D._ habe von Anfang an gleichlautende Aussagen gemacht und den Beschwerdeführer zu 100% als diejenige Person bezeichnet, welche das Opfer durch den Schlag zu Fall gebracht habe. G._ habe angegeben, der Beschwerdeführer habe am Anfang geschrien, er werde sie alle abschlagen. Vor der ersten Instanz habe G._ zwar seine diesbezügliche Aussage abgeschwächt, dies sei jedoch nicht als glaubhaft zu erachten. F._, G._ sowie L._ hätten im Wesentlichen gleichlautende Aussagen gemacht bzw. den Beschwerdeführer belastet. Sie hätten übereinstimmend angegeben, G._ habe dem Opfer "eine hauen" wollen, es jedoch verfehlt. Diese Aussage passe in den von D._ geschilderten Ablauf. Bei einem verfehlten Schlag handle es sich um einen speziellen Umstand, dessen Schilderung nur von demjenigen zu erwarten sei, der ihn auch selber erlebt habe. Deshalb seien die Aussagen der genannten Personen als glaubhaft zu werten. Demgegenüber hätten mehrere Zeugen bzw. Auskunftspersonen im Untersuchungsverfahren G._ oder F._ als Täter bezeichnet. Vor erster Instanz seien sie sich dessen allerdings nicht mehr sicher gewesen oder hätten es nicht mehr bestätigen können. Teilweise hätten sie G._, F._ und den Beschwerdeführer auch nicht anhand der Bilder identifizieren können. Schliesslich wiesen mehrere dieser Aussagen Widersprüche oder Unstimmigkeiten auf. Es sei durchaus möglich, dass F._ auf der Heimfahrt mit einem Schlag geprahlt habe. Dieser habe allerdings ausgesagt, die Person, welche er geschlagen habe, sei sofort wieder aufgestanden. Deshalb müsse es sich bei der von F._ getroffenen Person um C._ handeln. Die Vorinstanz führt weiter aus, aufgrund widersprüchlicher Aussagen sei nicht erstellt, dass das Opfer mit der Schubserei begonnen habe. Die Frage könne indessen offen gelassen werden, da die Mehrheit der Beteiligten ausgesagt habe, dass auch das Umfeld des Opfers geprügelt und nicht nur abgewehrt habe. Obschon der Beschwerdeführer zumindest die Initiative zur verbalen Auseinandersetzung ergriffen habe, sei deshalb zu seinen Gunsten von einer wechselseitigen tätlichen Auseinandersetzung auszugehen (angefochtenes Urteil E. 3.8. und 3.9. S. 25 ff.).
Die Vorinstanz hält abschliessend folgenden Tathergang als erstellt:
Der Beschwerdeführer ging direkt auf das Opfer zu. F._ und G._ folgten ihm in geringem Abstand. Beim Zugehen auf das Opfer rief der Beschwerdeführer, er werde sie alle abschlagen. Der Beschwerdeführer und das Opfer standen sich frontal gegenüber, und es kam zu einer gegenseitigen Schubserei, wobei unklar ist, wer damit begann. G._ versuchte, jemandem eine Ohrfeige zu geben, ohne jedoch zu treffen. Daraufhin versetzte der Beschwerdeführer dem Opfer mitten ins Gesicht einen Faustschlag, worauf es sofort nach hinten fiel. Das Opfer erhielt nur einen einzigen Faustschlag, prallte gegen die Zeltstange und fiel sofort um. Erst nach dem Schlag kam C._ von hinten nach vorne. Aus Sicht der Angreifer wirkte dies wie ein Gegenangriff auf G._, welcher einer Person einen Fusskick verpasste. F._ schlug C._ entweder mit der Faust oder der flachen Hand ins Gesicht. C._ sackte daraufhin nach unten auf den Boden, stand jedoch wieder auf (angefochtenes Urteil E. 3.10. S. 44).
3.2 Der Beschwerdeführer bestreitet, gerufen zu haben, er werde sie alle abschlagen. Die Vorinstanz begründe dies mit der Aussage von G._. Dieser habe jedoch als einer der Hauptverdächtigen ein nicht zu übersehendes Motiv gehabt, andere zu belasten bzw. sich selbst zu entlasten. Zudem hätten alle anderen Beteiligten seinen angeblichen Ausruf nicht gehört. Aus diesen Gründen hätte die Vorinstanz den Ausruf "in dubio pro reo" nicht als bewiesen erachten dürfen. Hingegen sei erstellt, dass das Opfer mit der Schubserei begonnen habe. Die Anklage werfe dies dem Opfer vor und stütze sich dabei auf die im Vorverfahren erhobenen Aussagen. Dieser Umstand sei für die Beurteilung des weiteren Sachverhalts und etwa auch für die Beurteilung der Zivilansprüche wesentlich. Deshalb hätte die Vorinstanz "in dubio pro reo" feststellen müssen, dass das Opfer mit den Tätlichkeiten begonnen habe. Weiter könne nicht willkürfrei angenommen werden, dass er den tödlichen Faustschlag ausgeführt habe. Die Gesamtwürdigung der Aussagen lasse vielmehr auf die Täterschaft von G._ oder F._ schliessen. D._ sei der Einzige gewesen, der ihm den Faustschlag zugerechnet habe. Dessen von der Vorinstanz als richtig qualifizierten Aussagen seien erst zwei Jahre nach der Tat erfolgt und stünden im Widerspruch zu den unmittelbar nach der Tat gemachten Angaben. Praktisch alle Zeugen und Auskunftspersonen würden für den Täter eine Beschreibung abgeben, die am ehesten auf G._ schliessen lasse. Die Vorinstanz erkläre dies mit dem auffälligen Äusseren von G._. Damit sei aber nicht begründet, weshalb die Zeugen und Auskunftspersonen seine angeblichen Taten dem auffälligeren G._ zurechnen sollten. F._ habe bei seiner ersten Einvernahme ausgesagt, er sei dafür verantwortlich gewesen, dass die von ihm getroffene Person gegen die Zeltstange geprallt und umgefallen sei. Dabei könne es sich nur um das Opfer handeln. F._ habe mit der Tat geprahlt und erst später versucht, ihn zu belasten. Es gebe zahlreiche weitere Aussagen, insbesondere von C._ und E._, die ihn als Täter des fraglichen Faustschlags ausschliessen würden. Schliesslich lasse sich mit dem Beweisergebnis nicht vereinbaren, dass das Opfer lediglich einen Faustschlag erhalten haben soll. Ausgerechnet der als glaubwürdig betrachtete D._ habe ausgesagt, das Opfer sei von mehreren Faustschlägen getroffen worden. Diese Aussage werde zudem mehrfach bestätigt.
3.3 Aus der in <ref-law> und Art. 6 Ziff. 2 EMRK verankerten Unschuldsvermutung wird die Rechtsregel "in dubio pro reo" abgeleitet. Als Beweiswürdigungsregel besagt der Grundsatz, dass sich der Strafrichter nicht von einem für den Angeklagten ungünstigen Sachverhalt überzeugt erklären darf, wenn bei objektiver Betrachtung Zweifel bestehen, ob sich der Sachverhalt so verwirklicht hat. Auf dem Gebiet der Beweiswürdigung ist die Kognition des Bundesgerichts auf Willkür beschränkt. Willkür liegt vor, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft (<ref-ruling> E. 1.3 S. 316; <ref-ruling> E. 3.1 S. 178; je mit Hinweisen).
3.4 Die Vorinstanz nimmt anlässlich ihrer Beweiswürdigung eine umfassende Würdigung der Aussagen zahlreicher Zeugen und Auskunftspersonen vor. Was der Beschwerdeführer dagegen vorbringt, ist nicht geeignet, Willkür darzutun. So erhebt er pauschal den Vorwurf, die Vorinstanz gebe die verschiedenen Beweisaussagen selektiv zu seinem Nachteil wieder und qualifiziere sie ohne Begründung als glaubhaft. Zudem ziehe die Vorinstanz ihn entlastende Aussagen teilweise nicht einmal in die Beweiswürdigung ein (s. Beschwerde S. 8). Wie nachfolgend aufgezeigt, würdigt die Vorinstanz sowohl den Beschwerdeführer belastende als auch entlastende Aussagen. Sie legt jeweils dar, weshalb sie eine Aussage als glaubhaft bzw. unglaubhaft wertet.
3.4.1 Die Vorinstanz erachtet den Ausruf des Beschwerdeführers, "er werde sie alle abschlagen", entgegen dem Vorbringen des Beschwerdeführers nicht nur gestützt auf die Aussage von G._ als erstellt. Sie untermauert diese Aussage mit der Tatsache, dass der Beschwerdeführer nach dem Vorfall im Innern des Lokals auf das Opfer wütend gewesen sei und dieses zur Rede habe stellen und provozieren wollen. Sie führt aus, E._ habe bestätigt, den Beschwerdeführer angeheizt zu haben (angefochtenes Urteil E. 3.8.2. S. 27). Es verstösst nicht gegen den Grundsatz "in dubio pro reo", dass die Vorinstanz den Ausruf des Beschwerdeführers als erstellt erachtet.
3.4.2 Zur Frage, wer mit der Schubserei begonnen hat, verweist die Vorinstanz auf die Aussage des Beschwerdeführers selber, wonach er bestätigt habe, dass die Initiative von ihm ausgegangen sei und es ein gegenseitiges Schubsen gewesen sei (angefochtenes Urteil E. 3.8.2. S. 27). Die Vorinstanz erachtet aufgrund widersprüchlicher Aussagen als unklar, wer mit der Schubserei begonnen hat und lässt die Frage offen (angefochtenes Urteil E. 3.9. S. 40). Der Beschwerdeführer beruft sich auf der Anklage zugrunde liegende Aussagen. Er gibt seine eigene Sicht der Dinge wieder, ohne rechtsgenügend darzulegen, inwiefern die Vorinstanz den Grundsatz "in dubio pro reo" verletzt haben soll. Auf diese appellatorische Kritik am angefochtenen Urteil ist nicht einzutreten (<ref-law>).
3.4.3 Hinsichtlich der Täterschaft des inkriminierten Faustschlags stellt die Vorinstanz insbesondere auf die Aussagen der Auskunftsperson D._ ab. Sie begründet nachvollziehbar, dass sie dessen gleichlautenden Aussagen als glaubhaft und ihn mangels Motiv einer Falschbeschuldigung als glaubwürdig einstuft (angefochtenes Urteil E. 3.8.1.2. S. 26 f.). Die Vorinstanz vernachlässigt nicht, dass F._, G._ und L._ ihre den Beschwerdeführer belastenden Aussagen teilweise relativiert oder widerrufen haben. Sie legt dar, dass auch die widerrufenen Aussagen verwertbar seien, weil die früheren Aussagen den Belastungszeugen anlässlich der Konfrontationseinvernahme vorgehalten worden seien und der Beschwerdeführer Ergänzungsfragen habe stellen können (angefochtenes Urteil E. 3.8.3.1. S. 28). Weiter begründet die Vorinstanz ausführlich, weshalb sie ausschliesst, dass G._ den inkriminierten Faustschlag ausgeführt hat. Die Feststellung, G._ habe dem Opfer eine Ohrfeige geben wollen und dieses verfehlt, stützt sie unter anderem auf die Aussagen von D._ und des Beschwerdeführers selber (angefochtenes Urteil E. 3.8.2. S. 27). Entgegen den Vorbringen des Beschwerdeführers erklärt sie nicht lediglich mit dem auffälligen Äusseren von G._, dass mehrere Zeugen bzw. Auskunftspersonen diesen als Täter angegeben haben. So führt sie aus, die wenigsten Zeugen bzw. Auskunftspersonen hätten konkret ausgesagt, dass G._ auf das Opfer eingeschlagen habe, worauf dieses umgefallen sei (angefochtenes Urteil E. 3.9. S. 42). Insbesondere legt die Vorinstanz schlüssig dar, inwiefern die Aussagen von E._ und C._ zur Täterschaft von G._ diffus und unglaubhaft sind (angefochtenes Urteil E. 3.8.6.1. und 3.8.6.2. S. 32 f.). Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers ist es nicht willkürlich, dass die Vorinstanz den Faustschlag nicht G._, sondern dem Beschwerdeführer zurechnet.
3.4.4 Schliesslich verweist die Vorinstanz für die Feststellung, dass das Opfer nur einen einzigen Faustschlag gegen den Kopf erhalten hat, auf die übereinstimmenden Aussagen von Personen, die nahe beim Opfer standen (angefochtenes Urteil E. 3.9. S. 42). Der Beschwerdeführer setzt sich nicht mit dieser vorinstanzlichen Erwägung auseinander, sondern gibt seine eigene Sicht der Dinge wieder. So begründet er seine Auffassung, das Opfer sei von mehreren Faustschlägen getroffen worden, mit einer eigenen Würdigung der Beweise. Darauf ist nicht einzutreten (<ref-law>).
3.5 Insgesamt ergibt sich aus der Beschwerde nicht, dass und inwiefern die Vorinstanz den Sachverhalt offensichtlich unhaltbar festgestellt haben soll. Angesichts des willkürfreien Beweisergebnisses bestehen keine unüberwindbaren Zweifel, dass der Beschwerdeführer dem Opfer einen Faustschlag verpasst hat, worauf dieses sofort nach hinten umgefallen ist. Die Rüge der Verletzung des Grundsatzes "in dubio pro reo" ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist.
4. Der Beschwerdeführer rügt die Verletzung von Bundesrecht durch den Schuldspruch der fahrlässigen Tötung sowie der (eventual-)vorsätzlichen schweren Körperverletzung.
4.1 Die erste Instanz führte in ihren Erwägungen zur eventualvorsätzlichen Tötung aus, es sei notorisch, dass ein Faustschlag in das ungeschützte Gesicht einer Person lebensgefährliche Verletzungen verursachen könne. Dem Beschwerdeführer habe dies bewusst sein müssen. Insbesondere aufgrund seiner Kampfsporterfahrung habe er um die hohe Verletzungsgefahr solcher Faustschläge gewusst. Zum Tod würden sie jedoch nur in seltenen Fällen führen. Das Risiko der Tatbestandsverwirklichung (Eintritt des Todes des Opfers) sei deshalb nicht derart gross, dass das Verhalten des Beschwerdeführers nur als dessen Inkaufnahme ausgelegt werden könne. Der Beschwerdeführer habe durch sein Verhalten allerdings schwerste Verletzungen des Opfers in Kauf genommen. Er habe zugeschlagen, obwohl ihm habe bewusst sein müssen, dass dieses Risiko sehr hoch sei. Ob dieses eintrete oder nicht, sei ihm schlicht gleichgültig gewesen. Der Beschwerdeführer habe sich damit der eventualvorsätzlichen schweren Körperverletzung schuldig gemacht. Weiter sei davon auszugehen, dass der Beschwerdeführer um die Gefahr von tödlichen Verletzungen gewusst habe. Ein mit aller Kraft geführter Faustschlag mitten in das ungeschützte Gesicht eines Menschen sei nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und den Erfahrungen des Lebens geeignet, dessen Tod herbeizuführen. Der adäquate Kausalzusammenhang sei daher zu bejahen. Somit habe sich der Beschwerdeführer der fahrlässigen Tötung strafbar gemacht (Urteil des Bezirksgerichts Aarau vom 21. Oktober 2009 E. 6.1.4. S. 58 f.).
4.2 Die Vorinstanz verweist für die Frage der Voraussehbarkeit des eingetretenen Erfolgs auf die erstinstanzlichen Erwägungen. Sie hält zusätzlich fest, der wuchtige Faustschlag des im Thai-Boxen geübten Beschwerdeführers gegen das ungeschützte Gesicht des Opfers sei zweifellos geeignet gewesen, nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und den Erfahrungen des Lebens eine Gefässruptur mit den entsprechenden Folgen einer Hirnblutung herbeizuführen oder mindestens zu begünstigen. Der Beschwerdeführer hätte dies voraussehen und vermeiden können (angefochtenes Urteil E. 4.3.3.2. S. 48). Die Vorinstanz verweist auch hinsichtlich des Schuldspruchs der eventualvorsätzlichen schweren Körperverletzung auf die erstinstanzlichen Erwägungen (angefochtenes Urteil E. 4.5. S. 48 f.).
4.3 Der Beschwerdeführer bringt zum Schuldspruch der fahrlässigen Tötung vor, ein Faustschlag ins Gesicht des Opfers, der keine sichtbaren äusserlichen Verletzungen hinterlasse, sei nicht geeignet, nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge zum Tod zu führen. Weder die Vor-instanz noch die erste Instanz hätten das in nachvollziehbarer Weise begründet. Die Vorinstanz lege mit keinem Wort dar, wieso der Tod des Opfers im Allgemeinen und im Besonderen für ihn voraussehbar gewesen sein soll. Diese mangelhafte Begründung verletze zugleich seinen Anspruch auf rechtliches Gehör.
4.3.1 Wer fahrlässig den Tod eines Menschen verursacht, wird mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe bestraft (<ref-law>). Fahrlässig begeht ein Verbrechen oder ein Vergehen, wer die Folge seines Verhaltens aus pflichtwidriger Unvorsichtigkeit nicht bedenkt oder darauf nicht Rücksicht nimmt. Pflichtwidrig ist die Unvorsichtigkeit, wenn der Täter zum Zeitpunkt der Handlung aufgrund seiner Kenntnisse und Fähigkeiten die damit bewirkte Gefährdung des Lebens des Opfers hätte erkennen können und wenn er zugleich die Grenzen des erlaubten Risikos überschritten hat (vgl. <ref-law>; <ref-ruling> E. 2.3.1 S. 79 mit Hinweis).
Ein Schuldspruch wegen fahrlässiger Tötung setzt voraus, dass der Täter den Erfolg durch Verletzung einer Sorgfaltspflicht verursacht hat. Grundvoraussetzung für das Bestehen einer Sorgfaltspflichtverletzung bildet die Vorhersehbarkeit des Erfolgs. Die zum Erfolg führenden Geschehensabläufe müssen für den konkreten Täter mindestens in ihren wesentlichen Zügen voraussehbar sein. Zunächst ist daher zu fragen, ob der Täter eine Gefährdung der Rechtsgüter des Opfers hätte voraussehen beziehungsweise erkennen können und müssen. Für die Beantwortung dieser Frage gilt der Massstab der Adäquanz. Danach muss das Verhalten geeignet sein, nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und den Erfahrungen des Lebens einen Erfolg wie den eingetretenen herbeizuführen oder mindestens zu begünstigen. Diese adäquate Kausalität ist nur zu verneinen, wenn ganz aussergewöhnliche Umstände wie das Mitverschulden des Opfers hinzutreten, mit denen schlechthin nicht gerechnet werden musste und die derart schwer wiegen, dass sie als wahrscheinlichste und unmittelbarste Ursache des Erfolgs erscheinen und so alle mitverursachenden Faktoren - wie namentlich das Verhalten des Angeschuldigten - in den Hintergrund drängen (<ref-ruling> E. 2.1 S. 64 mit Hinweisen).
4.3.2 Die Vorinstanz hat die Voraussehbarkeit des Todeseintrittes für den Beschwerdeführer mit zutreffenden Argumenten bejaht. So berücksichtigt sie die - zumindest elementare - Kampfsporterfahrung des Beschwerdeführers. Gemäss tatsächlicher Feststellung wusste der Beschwerdeführer um die hohe Verletzungsgefahr seines Faustschlags. Ein wuchtiger Schlag mitten ins Gesicht und somit gegen einen besonders empfindlichen Körperteil ist geeignet, lebensgefährliche Verletzungen zu verursachen. Ein aussergewöhnlicher Umstand, welcher den adäquaten Kausalverlauf unterbrechen würde, ist weder festgestellt noch ersichtlich. Für den Beschwerdeführer war es somit voraussehbar, das Opfer durch den gezielten Schlag lebensgefährlich zu verletzen. Es ist allgemein bekannt, dass eine lebensgefährliche Verletzung zum Tod führen kann. Der Einwand des Beschwerdeführers, das Opfer habe keine sichtbaren Verletzungen aufgewiesen, ist unbehelflich. Die Vorinstanz verweist auf das Gutachten des IRM, wonach der Faustschlag als Ursache der Gefässruptur im Vordergrund stehe, weil dieser an der Gesichtshaut in der Regel keine eindrücklichen Befunde wie Quetschwunden oder Hautabschürfungen verursache (vgl. Gutachten des IRM, E. 2.1 hiervor). Die Vorinstanz erachtet es als unwahrscheinlich, dass das Opfer letztlich wegen eines Aufpralls auf den Randstein gestorben sei. Gemäss ihrer (zutreffenden) Auffassung würde dies an der Verantwortlichkeit des Beschwerdeführers sowieso nichts ändern, weil ein Faustschlag geeignet wäre, jemanden mit dem Kopf so auf den Boden aufprallen zu lassen, dass sich dieser tödliche Verletzungen zuziehen könne (angefochtenes Urteil E. 4.3.2.2. S. 47). Diese vorinstanzlichen Erwägungen zur Beurteilung der Voraussehbarkeit des Todes des Opfers sind im Zusammenhang mit den Verweisen auf das erstinstanzliche Urteil nachvollziehbar. Das angefochtene Urteil kann vom Beschwerdeführer sachgerecht angefochten werden. Somit liegt keine Verletzung der aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör entspringenden Begründungspflicht gemäss <ref-law> vor (<ref-ruling> E. 2.4 S. 72 mit Hinweis).
4.4 Der Beschwerdeführer bringt hinsichtlich der (eventual-)vorsätzlichen schweren Körperverletzung vor, es sei durch nichts belegt, dass ihm das Risiko des Erfolgseintritts habe bewusst sein müssen. Das Wissen um das Risiko reiche nicht aus, um auf Eventualvorsatz zu schliessen. Es müssten weitere äussere wie innere Umstände dazukommen. Die Vorinstanz nenne solche Umstände nicht. Ihre Ausführung, er habe sich "überflutet von Emotionen, nicht mehr unter Kontrolle gehabt und dem Opfer einzig aus Rache die Faust ins Gesicht geschlagen", sei vielmehr mit der Bejahung eines (Eventual-)Vorsatzes unvereinbar. Schliesslich rügt der Beschwerdeführer wiederum eventualiter eine Verletzung seines Anspruchs auf rechtliches Gehör durch mangelhafte Begründung des Urteils. Er habe sich nicht mit den einzelnen Elementen des Eventualvorsatzes auseinandersetzen können. Für das Bundesgericht sei es kaum möglich zu prüfen, ob die Vorinstanz den Vorsatzbegriff bundesrechtskonform anwende.
4.4.1 Vorsätzlich begeht ein Verbrechen oder Vergehen, wer die Tat mit Wissen und Willen ausführt. Vorsätzlich handelt bereits, wer die Verwirklichung der Tat für möglich hält und in Kauf nimmt (<ref-law>). Nach ständiger bundesgerichtlicher Rechtsprechung ist Eventualvorsatz gegeben, wenn der Täter den Eintritt des Erfolgs beziehungsweise die Tatbestandsverwirklichung für möglich hält, aber dennoch handelt, weil er den Erfolg für den Fall seines Eintritts in Kauf nimmt, sich mit ihm abfindet, mag er ihm auch unerwünscht sein. Der Richter darf vom Wissen des Täters auf den Willen schliessen, wenn sich dem Täter der Eintritt des Erfolgs als so wahrscheinlich aufdrängte, dass die Bereitschaft, ihn als Folge hinzunehmen, vernünftigerweise nur als Inkaufnahme des Erfolgs ausgelegt werden kann. Zu den äusseren Umständen, aus denen dieser Schluss gezogen werden kann, gehören auch die Grösse des dem Täter bekannten Risikos der Tatbestandsverwirklichung und die Schwere der Sorgfaltspflichtverletzung. Je grösser die Wahrscheinlichkeit der Tatbestandsverwirklichung ist und je schwerer die Sorgfaltspflichtverletzung wiegt, desto näher liegt die tatsächliche Schlussfolgerung, der Täter habe die Tatbestandsverwirklichung in Kauf genommen. Zu den relevanten Umständen können auch die Beweggründe des Täters und die Art der Tathandlung gehören (BGE 6B_435/2010 vom 16. Dezember 2010 E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 8.4 S. 62; je mit Hinweisen).
4.4.2 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Was der Täter wusste, wollte und in Kauf nahm, betrifft sogenannte innere Tatsachen, ist damit Tatfrage (BGE 6B_435/2010 vom 16. Dezember 2010 E. 4.2.3 mit Hinweis). Wie die Vorinstanz in tatsächlicher Hinsicht feststellt, wusste der Beschwerdeführer, dass er mit seinem heftigen Faustschlag in das ungeschützte Gesicht des Opfers ein hohes Risiko einging, dieses schwer zu verletzen. Die Vorinstanz verletzt kein Bundesrecht, indem sie von diesem Wissen auf den Willen des Beschwerdeführers schliesst. Zudem ist ersichtlich, welche weiteren äusseren und inneren Umstände sie in ihre Beurteilung des Eventualvorsatzes einbezieht. Wie die Vorinstanz in tatsächlicher Hinsicht verbindlich feststellt, ging der Beschwerdeführer auf das Opfer zu, in der Absicht, dieses aus Rache zu verprügeln. Dieser Beweggrund ist entgegen dem Einwand des Beschwerdeführers - welcher auf die Erwägungen der Vorinstanz anlässlich der Strafzumessung hinweist - mit der Bejahung eines Eventualvorsatzes vereinbar. Die Vorinstanz hält bei der Strafzumessung ebenfalls fest, dass es dem Beschwerdeführer ein Leichtes gewesen wäre, vom Faustschlag ins Gesicht des Opfers abzusehen (angefochtenes Urteil E. 5.3.2. S. 51). Aus diesen Erwägungen der Vorinstanz ergibt sich, dass sie das Mass der Pflichtwidrigkeit als hoch einstuft, weil der Beschwerdeführer das Opfer aus Rache, und nicht etwa aufgrund blosser Unachtsamkeit verletzt hat. Die vorinstanzliche Bejahung des Eventualvorsatzes ist nachvollziehbar. Die Rüge der Verletzung der verfassungsrechtlichen Begründungspflicht bzw. des Anspruchs des Beschwerdeführers auf rechtliches Gehör ist unbegründet.
5. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang wird der Beschwerdeführer grundsätzlich kostenpflichtig (<ref-law>). Er beantragt indes unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung. Seine Begehren waren nicht aussichtslos, und seine Bedürftigkeit ist ausgewiesen (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG), weshalb dem Antrag stattzugeben ist. Der Rechtsvertreter ist aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird gutgeheissen. Für das bundesgerichtliche Verfahren wird dem Beschwerdeführer Rechtsanwalt Konrad Jeker als unentgeltlicher Anwalt beigegeben.
3. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4. Dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers wird Fr. 3'000.-- als Entschädigung aus der Bundesgerichtskasse ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Aargau, Strafgericht, 1. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 4. April 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Binz