Sau khi cuộc thi Hoa hậu Thế giới người Việt lần thứ nhất năm 2007 kết thúc, theo dự kiến cứ 2 năm tổ chức 1 lần thì cuộc thi lần thứ hai phải được tổ chức vào năm 2009[5]. Dù đã được chính phủ cho phép tổ chức tại Khánh Hòa[5], cuộc thi năm 2009 phải bị hoãn lại vì không đủ thời gian chuẩn bị và được dự tính dời sang 2 năm tiếp theo, tức là năm 2011[6]. Tuy vậy, vào tháng 4 năm 2010, sau khi quyết định không tổ chức Hoa hậu Thế giới 2010, Khánh Hòa đã được phép cùng Công ty Cổ phần Vinpearl Land tổ chức cuộc thi Hoa hậu Thế giới người Việt lần thứ 2 trong năm 2010[7]. Ban tổ chức cũng thông báo về giải thưởng cho Hoa hậu là chiếc vương miện trị giá 1 tỷ đồng và tiền mặt 500 triệu đồng, Á hậu 1 nhận 300 triệu đồng và Á hậu 2 nhận 200 triệu đồng. Đây được xem là mức giải thưởng lớn nhất chưa từng có[8].

Ngày 27 tháng 6 năm 2010, cuộc thi chính thức bắt đầu với Vòng sơ tuyển và bán kết khu vực châu Âu được tổ chức tại Luân Đôn, Vương quốc Anh và khu vực SNG được tổ chức tại Moskva, Liên bang Nga. Tại Việt Nam, các cuộc thi Sơ khảo được tổ chức ở 5 vùng miền từ Bắc chí Nam trong tháng 7, các thí sinh được chọn lại tề tựu về hai địa điểm thi Bán kết là Hà Nội (khu vực phía Bắc) và Thành phố Hồ Chí Minh (khu vực phía Nam)[9]. Một đặc điểm đặc biệt của cuộc thi là ngay từ cuộc thi Bán kết, các thí sinh phải trải qua tất cả các vòng thi như một cuộc thi Hoa hậu thực sự như trình diễn áo dài, áo tắm, dạ hội và thi ứng xử[10].

Ngày 10 tháng 8 năm 2010, Vòng chung kết bắt đầu diễn ra tại Vinpearl Land, Nha Trang. Trong tổng số 42 thí sinh tham dự, có 2 thí sinh đến từ vòng Bán kết khu vực châu Âu, 4 thí sinh từ khu vực SNG, 11 thí sinh từ khu vực phía Bắc, 16 thí sinh từ khu vực phía Nam và 9 thí sinh được đặc cách do đạt được danh hiệu cao trong các cuộc thi sắc đẹp trong và ngoài nước diễn ra trong năm 2009 và 2010; tổng cộng có 15 thí sinh đang sinh sống, học tập hoặc làm việc tại nước ngoài về Việt Nam dự thi[11]. Các thí sinh sẽ trải qua nhiều cuộc thi phụ và các hoạt động xã hội cho đến Đêm chung kết vào ngày 21 tháng 8. Có 5 giải phụ được công bố trước đêm chung kết và 5 giải phụ được công bố trước khi trao vương miện Hoa hậu, mỗi giải trị giá 30 triệu đồng[4].

Ngày 16 tháng 8, Phạm Thị Thùy Linh đến từ thành phố Hồ Chí Minh đã giành được giải phụ Người đẹp áo dài, nhưng bị tước giải và loại khỏi cuộc thi ngay ngày hôm sau vì Ban tổ chức phát hiện cô vi phạm quy chế cuộc thi vì đã phẫu thuật sửa mũi do bị tai nạn cách đó 5 năm[12][13]. Cuộc thi phải tổ chức lại giữa 4 thí sinh còn lại trong Top 5, và Hạ Thị Hoàng Anh trở thành Người đẹp áo dài.

Trong thời gian diễn ra vòng chung kết, trang chủ của cuộc thi, nơi để khán giả bầu chọn người đẹp mà mình ưa thích nhất, có dấu hiệu bị tác động bởi phần mềm từ bên ngoài khiến số phiếu bình chọn tăng bất thường nhưng không thể phục hồi kịp trước ngày trao giải, Ban tổ chức đã quyết định hủy bỏ giải phụ Người đẹp được khán giả bình chọn vào ngày 19 tháng 8[14].

Đêm chung kết tại Sân khấu Nhạc nước, Vinpearl Land với chủ đề "Sắc biển, hương sen, tâm hồn Việt" diễn ra chỉ với 40 thí sinh, Bùi Thị Thanh Hoài Jenny không tham dự vì lý do sức khỏe[15]. Kết cấu chương trình gọn gàng, tinh tế, tiết mục biểu diễn hòa quyện với các phần thi, cùng với sân khấu được thiết kế hoành tráng, lộng lẫy giúp cho cuộc thi được đánh giá là thành công và để lại ấn tượng đẹp cho khán giả[15][16]. Lưu Thị Diễm Hương, thí sinh được công bố là người đẹp ảnh trong đêm hôm đó, trở thành Hoa hậu thế giới người Việt 2010. Cô được cựu Hoa hậu 2007 Ngô Phương Lan và Tổng giám đốc Ngân hàng Phát triển Việt Nam đeo vương miện và tặng hoa[17].