Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Solothurn verurteilte X._ am 15. Juni 2011 u.a. wegen versuchter vorsätzlicher Tötung, einfacher Körperverletzung, Tätlichkeiten und Nötigung zu einer Freiheitsstrafe von 8 Jahren und zu einer Busse von Fr. 500.--. Es stellte gleichzeitig fest, dass die mit Urteil des Amtsgerichts Bucheggberg-Wasseramt vom 5./6. Juli 2010 angeordnete ambulante psychotherapeutische Massnahme vollzugsbegleitend zu vollziehen sei. Am 22. Mai 2014 sprach das Obergericht des Kantons Solothurn im Berufungsverfahren eine Zusatzstrafe zum Urteil vom 15. Juni 2011 von 4 Jahren wegen qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz, wegen mehrfacher Vergewaltigung, mehrfacher sexueller Nötigung und mehrfacher einfacher Körperverletzung aus. In seinen Erwägungen wies es darauf hin, dass eine vollzugsbegleitende ambulante Behandlung bereits angeordnet worden sei, so dass diesbezüglich nichts mehr vorzukehren sei. Gegen den obergerichtlichen Entscheid erhob X._ Beschwerde in Strafsachen an das Bundesgericht (Verfahren 6B_829/2014). B. Das Departement des Innern des Kantons Solothurn beantragte am 28. November 2014 beim Amtsgericht Bucheggberg-Wasseramt, es sei die angeordnete ambulante psychotherapeutische Massnahme in Anwendung von Art. 63 Abs. 4 StGB um fünf Jahre zu verlängern. Das Amtsgericht wies den Antrag am 16. Mai 2015 ab. Der Therapieverlauf sei als durchwegs positiv einzustufen. Aus therapeutischer Sicht bestünden die künftigen Ziele nur noch in der Festigung der Drogenabstinenz und der Förderung der beruflichen Fähigkeiten. Eine Verlängerung der Massnahme liesse sich unter diesen Umständen nicht besonders begründen. Den Parteien ging der schriftlich begründete Entscheid des Amtsgerichts am 20. Mai 2015 zu. Die Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn erhob dagegen am 2. Juni 2015 (Poststempel) Berufung. Sie verlangte eine Verlängerung der Massnahme um fünf Jahre. Das Obergericht des Kantons Solothurn beschloss anlässlich der mündlichen Verhandlung vom 22. September 2015 auf einen Einwand der Verteidigung hin, nachträgliche gerichtliche Entscheide im Sinne von Art. 363 ff. StPO seien gemäss mehrjähriger konstanter Praxis des Kantons Solothurn mit Berufung (und nicht mit Beschwerde) anzufechten. In der Folge trat das Obergericht entgegen dem Antrag der Verteidigung auf die Berufung der Staatsanwaltschaft ein, hiess diese in der Sache teilweise gut und verlängerte die am 5./6. Juli 2010 angeordnete vollzugsbegleitende ambulante Massnahme um zwei Jahre. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._ die Aufhebung des Urteils des Obergerichts vom 22. September 2015 und die Feststellung, dass das Urteil des Amtsgerichts Bucheggberg-Wasseramt vom 16. Mai 2015 rechtskräftig geworden sei. Eventualiter sei das Urteil aufzuheben und die Sache zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht überdies um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung. D. Das Obergericht des Kantons Solothurn hat sich am 24. März 2016 zur Beschwerde vernehmen lassen, ohne einen eigentlichen Antrag zu stellen. Die Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn hat mit Eingabe vom 31. März 2016 auf eine Stellungnahme zur Beschwerde verzichtet.