Fatti: A. In seguito ad una prima procedura conclusasi con la revoca dei loro permessi di domicilio, confermata dal Tribunale federale con sentenza del 27 giugno 2007 (causa 2C_40/2007), A._ (1957) e il figlio B._ (1998), cittadini serbi, hanno presentato il 17 agosto 2007 alla Sezione dei permessi e dell'immigrazione del Dipartimento delle istituzioni del Cantone Ticino un'istanza di riesame, con domanda di rilascio di permessi di dimora annuali in via subordinata. Le richieste sono state respinte il 21 (riesame), rispettivamente il 27 agosto 2007 (autorizzazione di soggiorno); in particolare l'autorità ha considerato che non erano dati i presupposti per proporre all'Ufficio federale della migrazione il rilascio di permessi di dimora ai sensi dell'art. 13 lett. f dell'ordinanza che limita l'effettivo degli stranieri (OLS). Dette decisioni sono state confermate su ricorso dal Consiglio di Stato del Cantone Ticino con un unico giudizio del 26 settembre 2007. B. Il 31 ottobre 2007 A._, per sé e in rappresentanza del figlio B._, ha presentato dinanzi al Tribunale federale un ricorso sussidiario in materia costituzionale, con cui chiede che la decisione governativa - limitatamente al rifiuto di rilasciare loro permessi di dimora - sia annullata e la causa rinviata all'autorità inferiore per nuovo giudizio. Postula inoltre il beneficio dell'assistenza giudiziaria con nomina di un patrocinatore d'ufficio. Adduce, in sintesi, la violazione degli art. 19 e 29 cpv. 2 Cost. così come dell'art. 12 della Convenzione del 20 novembre 1989 sui diritti del fanciullo (RS 0.107). Chiamato ad esprimersi il Consiglio di Stato si è rimesso al giudizio di questa Corte. C. Con decreto presidenziale dell'8 novembre 2007 è stata accolta l'istanza di conferimento dell'effetto sospensivo contenuta nel ricorso.