Fatti: A. B._, è un cittadino kosovaro che dal 1990 al 1995 ha vissuto in Svizzera. Il 2 settembre 2008, egli si è sposato con A._, a quel momento ancora cittadina croata, residente in Svizzera dal 1989. B. Nel nostro Paese, B._ è stato in passato più volte condannato, segnatamente: - il 27.03.1996, ad una pena di 10 settimane di detenzione e all'espulsione dal territorio elvetico per 2 anni, sospese condizionalmente con un periodo di prova di 2 anni, e a una multa di 300.-- per ripetuta infrazione alla LDDS per aver partecipato ad un traffico di clandestini insieme all'allora marito di A._. A seguito di questi fatti, non gli è stato rinnovato il permesso di dimora ottenuto nel novembre-dicembre 1994. - il 31.05.1999, ad una pena di 40 giorni di detenzione, sospesi condizionalmente con un periodo di prova di 3 anni, e a una multa di fr. 1'500.-- per infrazione alla LDDS e abuso di un impianto per l'elaborazione dati. Per questo motivo, il 9 luglio 1999, l'Ufficio federale degli stranieri (ora della migrazione) ha emesso nei suoi confronti un divieto d'entrata valido fino all'8 luglio 2002. - il 31.08.2004, dopo essere rientrato illegalmente in Svizzera ed avervi depositato una richiesta d'asilo, poi negata, ad una pena di 16 mesi di detenzione, sospesi condizionalmente con un periodo di prova di 5 anni e all'espulsione dal territorio svizzero per 7 anni, per infrazione aggravata e contravvenzione alla LStup. - il 26.09.2005, ad una pena di 15 giorni di arresto, sospesi condizionalmente con un periodo di prova di 1 anno e a una multa di fr. 300.--, per aver guidato senza licenza di condurre o nonostante la revoca della stessa e per infrazione alle norme della circolazione. Per motivi di ordine e sicurezza pubblici, il 27 giugno 2005, l'Ufficio federale della migrazione ha emanato nei suoi confronti un divieto d'entrata in Svizzera di durata illimitata. C. Dopo il suo matrimonio, B._ ha inoltrato alla Sezione dei permessi e dell'immigrazione del Dipartimento delle istituzioni del Cantone Ticino un'istanza per l'ottenimento di un'autorizzazione d'entrata e di dimora in Svizzera per vivere con la moglie. Detta domanda è stata respinta il 17 marzo 2009 a causa dei precedenti a suo carico. Tale decisione è stata confermata su ricorso di A._ dal Consiglio di Stato il 13 maggio 2009 e, in seguito, dal Tribunale cantonale amministrativo, con sentenza del 16 agosto 2009. D. Il 24 settembre successivo, A._, divenuta cittadina elvetica il 20 aprile 2009, ha inoltrato un ricorso al Tribunale federale. Censurando una violazione del diritto, nonché un errato accertamento dei fatti, postula l'annullamento delle decisioni emesse dalle istanze inferiori e la concessione dell'autorizzazione richiesta. Entro il termine impartito, la ricorrente ha provveduto al pagamento dell'anticipo spese. Ha però mantenuto la domanda di assistenza giudiziaria e gratuito patrocinio formulata col ricorso. Chiamato ad esprimersi, il Tribunale cantonale amministrativo si è riconfermato nelle motivazioni e nelle conclusioni della propria sentenza. Ad essa ha fatto rinvio anche la Sezione dei permessi e dell'immigrazione e l'Ufficio federale della migrazione. Il Consiglio di Stato si è invece rimesso al giudizio di questa Corte.