Sachverhalt: A. A.a A._ prostituierte sich am 25. Februar 2006 am Sihlquai in Zürich, um Geld für ihren Drogenkonsum zu verdienen. Sie einigte sich mit X._, dass es zu nicht näher bezeichneten sexuellen Handlungen gegen Entgelt kommen sollte. Dieser bot ihr Fr. 50.-- an. Trotz der Vorbehalte gegenüber dem Preis stieg A._ in das Auto von X._ ein. Auf der Fahrt von Zürich nach Spreitenbach befriedigte sie ihn oral. In einem von ihm gemieteten Raum im Industriegebiet Spreitenbach kam es zu weiteren sexuellen Handlungen. A._ zog sich auf Geheiss von X._ aus. Dieser fesselte ihre Hände auf den Rücken, worauf sie sich rücklings und mit verbundenen Augen auf einen Tisch legen musste. Anschliessend schlug er sie mit einer Peitsche im Brust- und Vaginalbereich. Er führte ihr einen Vibrator anal, vaginal und in den Mund ein. Weiter vollzog er "gewöhnlichen" Analverkehr und liess sich oral befriedigen, ohne dass er zum Samenerguss kam. Dazwischen schlug er A._ wiederholt mit der Peitsche. Diese erstattete Strafanzeige. Sie machte geltend, mit X._ nur vaginalen Geschlechtsverkehr vereinbart zu haben. Während der Schläge in der Lagerhalle habe sie die Beine angezogen und zusammengepresst. Sie habe ihm gesagt, dass sie mit dem ganzen Geschehen nicht einverstanden sei, dass ihr die Handlungen Schmerzen bereiteten und er sie in die Stadt zurückbringen solle. Er habe sich über ihren Willen hinweggesetzt und die sexuellen Handlungen fortgeführt. A.b Das Bezirksgericht Baden verurteilte X._ am 20. Januar 2010 wegen sexueller Nötigung von A._ zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 18 Monaten. Das Obergericht des Kantons Aargau wies die dagegen erhobene Berufung von X._ am 23. August 2010 ab. B. Gegen das Urteil des Obergerichts wendet sich X._ mit Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, dieses sei aufzuheben, und er sei freizusprechen. Eventualiter sei das Obergericht zu verpflichten, über seinen Antrag um Beizug weiterer Akten zu entscheiden. C. Die Vorinstanz und A._ schliessen in ihren Stellungnahmen auf die Abweisung der Beschwerde, bzw. die Abweisung, soweit darauf einzutreten ist. A._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung. D. Das Bundesgericht hat über die vorliegende Beschwerde an der öffentlichen Beratung vom 14. Juli 2011 entschieden. 