Sachverhalt: A. Am 16. Oktober 2006 erhob X._ (Beschwerdeführer) beim Arbeitsgericht Winterthur Klage gegen die A._ AG (Beschwerdegegnerin) mit dem Antrag, diese sei mit einem ausdrücklichen Nachklagevorbehalt zu verpflichten, ihm brutto Fr. 100'713.60 nebst Zins zu 5% seit 1. Juli 2006, abzüglich der gesetzlichen und vereinbarten sozialversicherungsrechtlichen Abgaben, zu bezahlen. Er stützte sich dabei auf ein angebliches arbeitsrechtliches Vertragsverhältnis zur Beschwerdegegnerin für den Zeitraum von April bis September 2006. Die Beschwerdegegnerin erhob die Einrede der sachlichen Unzuständigkeit des angerufenen Arbeitsgerichts und machte geltend, für die fragliche Zeit habe zwischen den Parteien kein Arbeitsvertrag bestanden. Eventualiter beantragte sie die Abweisung der Klage. Mit Verfügung vom 13. Februar 2007 beschränkte das Arbeitsgericht das Verfahren vorerst auf die Einrede der sachlichen Unzuständigkeit. B. Mit Beschluss vom 6. Juli 2007 trat das Arbeitsgericht mangels sachlicher Zuständigkeit auf die Klage nicht ein. Es kam zum Schluss, dass zwischen den Parteien in der relevanten Zeit von April bis September 2006 kein Arbeitsvertrag mehr bestanden habe. Zur gleichen Erkenntnis gelangte das Obergericht des Kantons Zürich, weshalb es einen Rekurs des Beschwerdeführers gegen den Beschluss des Arbeitsgerichts am 10. Juli 2009 abwies. Eine vom Beschwerdeführer dagegen erhobene Nichtigkeitsbeschwerde wies das Kassationsgericht des Kantons Zürich mit Zirkulationsbeschluss vom 26. November 2010 ebenfalls ab. C. Der Beschwerdeführer beantragt mit Beschwerde in Zivilsachen, es sei der Beschluss des Obergerichts aufzuheben und das Arbeitsgericht Winterthur anzuweisen, auf die Klage einzutreten, eventuell sei der vorinstanzliche Beschluss zu kassieren. Ferner sei der Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts aufzuheben. Die Beschwerdegegnerin beantragt, die Beschwerde abzuweisen. Das Kassationsgericht und das Obergericht verzichteten auf eine Vernehmlassung.