Fatti: A. La D._SA e la società in nome collettivo Fratelli A._ erano due ditte attive nel Mendrisiotto durante gli anni '90 nel settore degli impianti sanitari e di riscaldamento. Titolari della seconda erano i fratelli A.A._ ed B.A._. Nel 1997 quest'ultimo è divenuto anche amministratore unico della D._SA, la cui sede è nel contempo stata trasferita a Mendrisio, all'indirizzo della Fratelli A._. Al decesso di B.A._, avvenuto nel 1998, la sua quota di partecipazione nella società in nome collettivo è stata ripartita tra la vedova (25 %) ed i due figli (12,5 % ciascuno), mentre il suo ruolo nella D._SA è stato ripreso dal figlio C.A._. Nel 2002 la società anonima ha assunto l'attuale ragione sociale e dal 2003 A.A._ vi ricopre la funzione di direttore. B. A seguito di una verifica contabile svolta presso l'organo di revisione, con rapporto del 5 aprile 2007 l'Ispettorato fiscale del Cantone Ticino ha rilevato che negli anni 2002 e 2003 la A.D._SA aveva rinunciato ad utili di sua spettanza in favore della Fratelli A._. Secondo l'autorità, grazie a questa rinuncia la società in nome collettivo aveva conseguito risultati assai diversi da quelli degli esercizi precedenti, ottenendo utili importanti proprio negli anni in cui i soci avrebbero di per sé beneficiato del cosiddetto vuoto di tassazione a seguito del passaggio dal sistema praenumerando biennale e quello postnumerando annuale. In realtà - ha concluso l'Ispettorato fiscale - trattandosi di una distribuzione dissimulata di utili da parte della A.D._SA, i redditi conseguiti dalla società in nome collettivo andavano aggiunti ai risultati d'esercizio esposti dalla società anonima. C. Coerentemente con questa tesi, il 10 maggio 2007 l'Ufficio di tassazione delle persone giuridiche ha notificato alla A.D._SA le decisioni di tassazione relative all'imposta cantonale e all'imposta federale diretta per gli anni 2002 e 2003. Anziché fondarsi sull'utile d'esercizio di fr. x dichiarato per il 2002 e sulla perdita di fr. x esposta per il 2003, l'autorità fiscale ha calcolato le imposte sulla base di un utile imponibile di fr. x per il 2002 e di fr. x per il 2003. Ai risultati indicati dalla contribuente ha in particolare aggiunto un reddito proveniente dalla società in nome collettivo di fr. x per il 2002 e di fr. x per il 2003. Dette decisioni sono state confermate dapprima dallo stesso Ufficio di tassazione, con pronunce su reclamo dell'11 ottobre 2007, e successivamente dalla Camera di diritto tributario del Tribunale d'appello, che ha respinto l'impugnativa presentata dall'interessata con sentenza del 3 marzo 2009. D. Il 2 aprile 2009 la A.D._SA ha inoltrato un ricorso in materia di diritto pubblico dinanzi al Tribunale federale con cui chiede di annullare la sentenza della Camera di diritto tributario nonché le decisioni di tassazione e quelle su reclamo. Chiamate ad esprimersi, la Divisione delle contribuzioni del Cantone Ticino e l'Amministrazione federale delle contribuzioni domandano di respingere il gravame, mentre la Camera di diritto tributario del Tribunale d'appello non presenta formali richieste di giudizio.