Faits: A. X._, née en 1989 en Roumanie, est de nationalité roumaine. Elle a séjourné à plusieurs reprises en Suisse, dans la région lausannoise, sans disposer des autorisations administratives nécessaires, entre la mi-octobre 2008 et jusqu'au 13 janvier 2009. Par jugement du 5 août 2009, le Tribunal de police de l'arrondissement de Lausanne a condamné X._ pour violation de l'art. 115 LEtr, à une peine privative de liberté de quinze jours, sous déduction de la détention subie avant jugement, la peine étant partiellement complémentaire à deux condamnations antérieures. B. Saisie d'un recours en réforme de la condamnée, la Cour de cassation pénale du Tribunal cantonal vaudois a confirmé le jugement du Tribunal de police, dans sa séance du 14 septembre 2009. C. X._ dépose un recours en matière pénale devant le Tribunal fédéral. Elle conclut à la réforme de l'arrêt du 14 septembre 2009 en vue de son acquittement du chef de séjour illégal en Suisse. Elle requiert, par ailleurs, l'assistance judiciaire. La Cour de cassation pénale s'est référée aux considérants de son arrêt et le Ministère public a renoncé à formuler des observations.