Lo scalatore spagnoloAlberto Contador vinse questa edizione del Tour.
Per il madrileno si trattò del secondo ed ultimo trionfo nella Grand Boucle, dopo l'affermazione del 2007 (questa sua seconda vittoria coincise anche con il suo secondo ed ultimo podio ai Campi Elisi).
Al secondo posto della classifica generale si piazzò il giovane scalatore lussemburghese Andy Schleck (al primo podio della carriera nella Grande Boucle).
Il terzo posto è, invece, rimasto vacante dopo la squalifica comminata dall'UCI a Lance Armstrong nel 2013 dopo lo scandalo-doping che ha coinvolto lo statunitense.
Al quarto posto era giunto il passista-cronoman inglese Bradley Wiggins (il quale iniziava a presentarsi con un certo successo nei Grandi Giri dopo i tanti successi ottenuti nei velodromi di tutto il mondo come pistard).
Nel maggio del 2010 lo scalatore italiano Franco Pellizotti viene "fermato" dall'Unione Ciclistica Internazionale a causa di anomalie riscontrate nei suoi valori ematici in seguito ai controlli antidoping effettuati alla vigilia del Tour 2009,[2] per le quali gli viene comminata una sospensione di due anni e la cancellazione dei risultati ottenuti a partire dal maggio 2009.[3][4] Il primo posto nella classifica scalatori e il Premio della Combattività non vengono attribuiti ad altri corridori.
L'inizio è avvenuto il 4 luglio con una cronometro individuale, tutta all'interno del Principato di Monaco lunga 15 chilometri; lì era fissata anche la partenza della seconda tappa (prima in linea), con arrivo a Brignoles. In questa edizione è ritornata la cronometro a squadre, lunga 38 chilometri, con partenza ed arrivo a Montpellier.
Sono stati effettuati sconfinamenti in cinque stati: oltre al già citato Principato di Monaco, si è corso anche in Spagna (Barcellona), Andorra (Arcalís), Svizzera (Verbier) e Italia (nel tratto che va dal passo del Gran San Bernardo a quello del Piccolo San Bernardo). Dopo i classici passaggi sui Pirenei e sulle Alpi, nella penultima tappa si è affrontata la durissima salita finale del Mont Ventoux, una delle due sole montagne storiche di quest'edizione insieme col Tourmalet, precedendo di un solo giorno il gran finale sugli Champs-Élysées.
La corsa è stata vinta dallo spagnolo Alberto Contador, con 4'11" di vantaggio su Andy Schleck e 5'24" sul compagno di squadra Lance Armstrong. Contador, in forza all'Astana, ha conquistato la maglia gialla nella 15ª tappa grazie ad uno scatto sull'arrivo in salita di Verbier, tenendola fino al traguardo di Parigi. In totale lo spagnolo ha portato la maglia gialla al termine di sette tappe sulle ventuno previste. Fino alla 14ª frazione il leader della classifica generale era stato l'italiano Rinaldo Nocentini, che dopo aver tenuto per buona parte della tappa di Verbier aveva poi dovuto cedere sulla salita finale; Nocentini ha poi chiuso il Tour al 14º posto. Prima di lui, fino alla 7ª frazione, il simbolo del primato era stato portato dallo svizzero Fabian Cancellara, vincitore del prologo iniziale nel Principato di Monaco.
Dominatore delle volate (e corridore che si è aggiudicato il maggior numero di tappe in questa edizione della Grande Boucle) è stato Mark Cavendish, il mannese del Team Columbia-HTC, vincitore di sei tappe, compresa l'ultima sugli Champs-Élysées. Nonostante tali risultati Cavendish non è però riuscito a vincere la classifica a punti: la maglia verde è stata infatti appannaggio di Thor Hushovd della Cervélo. Franco Pellizotti della Liquigas ha conquistato la maglia a pois di miglior scalatore, 17 anni dopo l'ultimo italiano, Claudio Chiappucci, vincendo anche il Premio combattività, rappresentato dal numero rosso, come ciclista in fuga per il maggior numero di chilometri.
La maglia bianca di miglior corridore Under-25 è andata al secondo classificato della generale, Andy Schleck, mentre la classifica a squadre, simboleggiata dal dorsale giallo, è stata vinta dall'Astana Team, formazione kazaka che ha piazzato tre corridori (i già citati Contador e Armstrong, più Andreas Klöden, sesto) nei migliori dieci della generale. Curiosamente, nella cerimonia di premiazione finale sugli Champs-Élysées c'è stato un disguido con l'inno nazionalespagnolo: non è stata eseguita la Marcha Real, ma Der er et yndigt land, inno nazionale della Danimarca[5].
Il 22 ottobre 2012 l'UCI riconosce la sanzione imposta dall'USADA a Lance Armstrong, accusato di aver utilizzato sostanze dopanti durante la sua permanenza alla US Postal Service, e conferma di fatto la cancellazione dei suoi piazzamenti e delle vittorie dall'agosto del 1998 fino al termine della carriera. Cfr. (EN) Laura Weislo, USADA's reasoned decision on Lance Armstrong follows the money trail, in Cyclingnews.com, 10 ottobre 2012. URL consultato il 26 ottobre 2012. (EN) The UCI recognises USADA decision in Armstrong case, in Uci.ch, 22 ottobre 2012. URL consultato il 26 ottobre 2012 (archiviato dall'url originale il 18 marzo 2013). (EN) UCI backs stripping Lance Armstrong of Tour de France wins, in Usatoday.com, 22 ottobre 2012. URL consultato il 26 ottobre 2012. Il 26 ottobre la stessa UCI ufficializza la decisione di non attribuire ad altri corridori le vittorie ottenute dallo statunitense e nemmeno di modificare i piazzamenti degli altri corridori. Cfr. (EN) Press release: UCI takes decisive action in wake of Lance Armstrong affair, in Uci.ch, 26 ottobre 2012. URL consultato il 26 ottobre 2012 (archiviato dall'url originale il 29 ottobre 2012).