Faits: A. B._, né en 1955, a travaillé notamment en qualité de manoeuvre. Souffrant de cervico-scapulalgies gauches, il a été mis en arrêt de travail à partir du mois d'avril 1998. Parmi les médecins qui se sont prononcés sur son état de santé, le docteur L._, spécialiste en médecine générale, a diagnostiqué des troubles somatoformes douloureux persistants et un état dépressif sévère induisant une incapacité de travail totale (rapport du 22 août 2000). L'intéressé a alors été mis au bénéfice d'une rente entière de l'assurance-invalidité dès le 1er avril 1999 (décision du 22 février 2001). Dans le cadre d'une procédure de révision initiée au mois de juin 2004, l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après: l'office AI) a recueilli l'avis des médecins traitants, notamment celui du 15 octobre 2004 des médecins de l'Hôpital X._. Le 24 février 2006, l'assuré a été soumis à un examen rhumatologique et psychiatrique auprès du Service médical régional AI (SMR). Dans leur rapport du 22 mai 2006, les docteurs C._, psychiatre, et R._, spécialiste en médecine physique et rééducation, ont constaté que l'assuré ne souffrait plus d'une atteinte dépressive à caractère invalidant, mais essentiellement d'une dysthymie (F34.1) sans répercussion sur la capacité de travail. S'appuyant sur ces conclusions, par décision du 12 juin 2006 - confirmée par décision du 16 mai 2008 rendue sur opposition de l'assuré -, l'office AI a supprimé la rente d'invalidité avec effet au premier jour du deuxième mois suivant la notification de la décision, motif pris de la modification de la situation de l'assuré. B. L'intéressé a déféré la décision sur opposition à la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du canton de Vaud, qui l'a débouté par jugement du 22 juin 2010. C. B._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement dont il demande l'annulation. Sous suite de frais et dépens, il conclut principalement au maintien du droit à une rente entière d'invalidité et subsidiairement au renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour instruction complémentaire et nouvelle décision. L'office AI conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer. 