Sachverhalt: A. Der 1977 geborene K._, bulgarischer Staatsangehöriger, ist am 7. Februar 2001 von Bulgarien in die Schweiz eingereist und hat hier im Rahmen einer befristeten Aufenthaltsbewilligung ein Doktorandenstudium an der Universität X._ absolviert. Nach Abschluss des Doktorats im August 2005 übte er ab September 2005 bis Ende Februar 2007 eine Tätigkeit als Assistent an derselben Universität aus. Ab 1. März 2007 war er in einem auf den 31. Januar 2009 befristeten Arbeitsverhältnis als wissenschaftlicher Mitarbeiter für die C._ AG tätig. Zu diesem Zweck wurde ihm vom damaligen Wohnkanton für die Dauer vom 1. März 2007 bis Ende Februar 2008 eine Kurzaufenthaltsbewilligung L erteilt. Am 1. März 2008 ist K._ in den Kanton Y._ umgezogen. Der neue Wohnkanton stellte eine weitere Kurzaufenthaltsbewilligung L, gültig bis 31. Januar 2009, aus und gab als Aufenthaltszweck die Beschäftigung als wissenschaftlicher Mitarbeiter für die C._ AG an. Nachdem sich K._ mit Schreiben vom 2. Dezember 2008 um eine Verlängerung der Kurzaufenthaltsbewilligung bemüht hatte, teilte ihm das Migrationsamt des Kantons Zürich am 20. Januar 2009 mit, dass eine Verlängerung nicht möglich sei, weshalb er sich mit Ablauf der Bewilligungsfrist, somit bis spätestens 31. Januar 2009, bei der zuständigen Einwohnerkontrolle seines Wohnortes ordnungsgemäss abzumelden und die Schweiz fristgerecht zu verlassen habe. Bereits am 11. November 2008 hatte K._ Antrag auf Arbeitslosenentschädigung ab 1. Februar 2009 gestellt. Mit Verfügung vom 16. März 2009 verneinte das Amt für Wirtschaft und Arbeit des Kantons Zürich (nachfolgend: AWA) die Vermittlungsfähigkeit und somit den Anspruch auf Arbeitslosenentschädigung ab 1. Februar 2009 mit der Begründung, die befristete Kurzaufenthaltsbewilligung L sei per 31. Januar 2009 abgelaufen, deren Verlängerung zur Stellensuche falle ausser Betracht und K._ sei zur Ausreise aus der Schweiz verpflichtet. Daran hielt es auf Einsprache hin fest (Einspracheentscheid vom 16. April 2009). B. Das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich wies die dagegen erhobene Beschwerde ab (Entscheid vom 8. Dezember 2009). C. K._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, sein Anspruch auf Arbeitslosenentschädigung sei zu bejahen; eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Der Eingabe liegt eine Verfügung des Migrationsamtes vom 26. Mai 2009, mit welcher das Gesuch um Verlängerung der Aufenthaltsbewilligung abgewiesen, der weitere Aufenthalt verweigert und zum Verlassen der Schweiz eine Frist bis 31. Juli 2009 angesetzt wurde, und der dagegen von K._ erhobene Rekurs an den Regierungsrat des Kantons Zürich vom 24. Juni 2009 bei. Das AWA und das Staatssekretariat für Wirtschaft verzichten auf eine Vernehmlassung.