O sexto álbum de estúdio de Aguilera Bionic, foi lançado em 8 de junho de 2010. Entre os produtores do álbum incluía Tricky Stewart, Samuel Dixon, Polow da Don, Le Tigre, Switch, Ester Dean, Sam Endicott, Sia Furler, Claude Kelly, Linda Perry e colaborações com M.I.A, Nicki Minaj e Peaches. O material de Bionic consistia do mainstream e muitos discos de música música pop, juntamente com electropop e dance. Dois dos singles do álbum, "Not Myself Tonight" e "You Lost Me" chegaram ao número um na Hot Dance Club Songs, e tiveram um sucesso moderado em outros países.111 "Woohoo" com a rapper Nicki Minaj, também foi lançado como segundo single do álbum, enquanto "I Hate Boys" foi um single promocional.112 O álbum marcou a estreia de Aguilera no gênero electropop. Bionic foi considerado "mal interpretado pelo público" de acordo com o jornalista Charles Decantar. As vendas de Bionic foram moderadas nos Estados Unidos, em comparação com seus trabalhos anteriores, vendendo 110.000 cópias em sua primeira semana, chegando a 3.ª posição da Billboard 200.113 Desde então, vendeu 476.000 cópias nos Estados Unidos.113 Logo após o lançamento do álbum, Christina cancelou a turnê devido a falta de tempo, já que ela estava totalmente focada na sua estreia no cinema. Em resposta ao desempenho do álbum, Aguilera disse o seguinte:
"Fiquei muito orgulhosa desse registro. Acho que houve uma série de questões, falta de promoção, vindo de um ponto de vista de como tudo resultou. Nada é sempre fácil. Entretanto, consegui passar para meus fãs oque eu sentia. E é isso que importa".114 115
Em outubro de 2010, Aguilera anunciou que ela e Bratman se separaram, dizendo: "apesar de Jordan e eu estarmos separados, nosso compromisso com nosso filho Max continua tão forte como nunca". Ela entrou com pedido de divórcio de Bratman em 14 de outubro de 2010, procurando a custódia legal e física conjunta do seu filho, e especificando 11 de setembro de 2010, como a data da separação.116 117 118 Mais tarde, eles chegaram a um acordo nos quais foram privados do público.119 Seu divórcio foi finalizado em 15 de abril de 2011. Em 15 de novembro de 2010, Aguilera recebeu uma estrela na Calçada da Fama de Hollywood.120 121 122
Em novembro de 2010, Aguilera apareceu em seu primeiro filme musical, chamado Burlesque. Ela interpretava uma menina de cidade pequena, Ali Rose, que encontra o amor e o sucesso em um clube burlesco de Los Angeles.123 O filme foi escrito e dirigido por Steve Antin, que disse que escreveu a peça de Ali especificamente com Aguilera na mente.124 Ela canta oito faixas da trilha sonora do filme, lançado em 22 de novembro de 2010, e co-escreveu as faixas de trabalho com os produtores e escritores do seu álbum Bionic, incluindo Tricky Stewart, Sia Furler, Dixon Samuel, Linda Perry, Claude Kelly, Danja e Ron Fair. As duas outras faixas foram cantadas por Cher, que co-estrelou ao lado de Aguilera. A trilha sonora estreou no top 20 dos Estados Unidos e foi certificado ouro pelas vendas superiores a 649.000 cópias apenas nos Estados Unidos e 1 milhão mundialmente.125 126 127 Aguilera co-estrelou também com Cam Gigandet, Eric Dane, Kristen Bell, Stanley Tucci e Dianna Agron. Vários críticos elogiaram o desempenho de Aguilera no projeto.128 O filme recebeu uma indicação ao Globo de Ouro na categoria de "Melhor Filme - Musical ou Comédia" e a artista recebeu uma indicação ao Globo de Ouro na categoria "Melhor Canção Original" com a faixa "Bound To You".129 A trilha sonora também recebeu uma indicação ao Grammy Award de "Best Compilation Soundtrack". Burlesque faturou mais de 90 milhões dólares em todo o mundo.130 131 132
Christina colaborou com o rapper T.I. na faixa "Castle Walls" de seu álbum No Mercy. Durante o Super Bowl XLV, Aguilera cantou o hino nacional dos Estados Unidos, "A Star-Spangled Banner", e criou confusão quando ela esqueceu uma das frases do hino.133 Mais tarde, ela pediu desculpas dizendo a CNN que: "Eu estava tão travada no momento da canção que eu perdi o meu lugar. Só posso esperar que todos pudessem sentir meu amor por este país e que o verdadeiro espírito de seu hino ainda existe".134 135 Na semana seguinte, ao lado de Jennifer Hudson, Martina McBride, Yolanda Adams e Florence Welch, ela abriu o Grammy Awards em homenagem a Aretha Franklin.136 Logo em seguida, a cantora começou a namorar o músico de produção, Matthew Rutler que ela conheceu durante as filmagens de Burlesque.137 138 139
Em 2010, ela assinou um contrato com a NBC para se tornar jurada do The Voice,140 que estreou em abril de 2011. Aguilera, ao lado de Adam Levine, Blake Shelton e Cee Lo Green, serviram como juízes e treinadores, com Carson Daly como apresentador do programa.141 142 O primeiro episódio da série foi bem recebido e estreou após o Super Bowl, em fevereiro de 2010. As três temporadas do programa foram um sucesso em território americano.143 144 145 Em 2011, Christina realizou "Moves Like Jagger" no The Voice junto com o Maroon 5, em que ela é apresentada do seu álbum Hands All Over.146 147 148 A canção foi um sucesso instantâneo alcançando a 2.ª posição no Reino Unido,149 150 e fez com que Aguilera ganhasse seu quinto single número um na Billboard Hot 100.151 152 "Moves Like Jagger" fez com que Aguilera fosse a segunda artista feminina a alcançar o número um em décadas diferentes, nomeadamente 1990, 2000 e 2010.153 154 O single vendeu mais de 8 milhões de cópias em todo o mundo,155 estabelecendo-se entre os singles mais vendidos de todos os tempos.156 157 "Moves Like Jagger" ainda foi indicado a categoria de "Best Pop Duo/Group Performance" no Grammy Awards.
