东风10D型机车由两节结构相同的单司机室机车联挂而成，分别为A节和B节机车，[[机车]]乘务员在本务机车上可同时操纵两节机车，两车之间有风挡和通过台。机车既可双节重联使用，也可单节独立使用。车体结构及设备布局大致继承了[[东风6型内燃机车|东风6型机车]]的设计，采用全焊接[[钢结构]]框架式侧壁承载车体，设双侧内走廊。机车从前到后分别为司机室、电气室、动力室、冷却室。电气室内设有主整流柜，顶部装有一台卧式[[电阻]]制动柜。动力室在机车中部，安装了一套内燃发电机组，其中动力室前部靠近发电机位置并设有前转向架牵引电动机通风机、[[主发电机]][[通风机]]等，而后部靠近内燃机位置设有车体通风机。冷却室设有油水系统冷却装置后转向架[[牵引电动机]]通风机、空气压缩机和总风缸等。机车下部两台转向架之间吊挂着[[燃油箱]]和[[蓄电池]]。[[空气制动机]]为国产JZ-7型制动机，并设有[[弹簧]]停车制动装置，取代了手制动装置车。