Fatti:
A. Il 19 febbraio/4 aprile 2008 A._, B._ e il Dipartimento del territorio hanno inoltrato una domanda di costruzione al Municipio di Mendrisio volta alla formazione di una nuova strada d'accesso, di un muro di cinta e di dieci nuovi posteggi sostitutivi su due fondi appartenenti alla Repubblica e Cantone del Ticino. Alla domanda si è opposta la C._SA, proprietaria di una particella confinante, contestando la procedura di notifica applicata e la carenza dei piani allegati alla domanda. Il 4 giugno 2008 il Municipio ha rilasciato la licenza richiesta.
B. Adito dall'opponente, con decisione del 2 dicembre 2008 il Consiglio di Stato del Cantone Ticino, ritenuta irrita la procedura della notifica e carente la domanda, ha annullato il permesso edilizio, rinviando gli atti al Municipio affinché completi la domanda di costruzione. Con giudizio del 18 maggio 2009 il Tribunale cantonale amministrativo, confermate le tesi governative, ha respinto un ricorso di A._ ed B._.
C. Avverso questa decisione A._ ed B._ presentano un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale. Chiedono di annullare il giudizio impugnato e di confermare la licenza edilizia.
Non sono state chieste osservazioni al gravame.
Diritto:
1. 1.1 Il Tribunale federale esamina d'ufficio se e in che misura un ricorso può essere esaminato nel merito (DTF 134 II 186 consid. 1).
1.2 Presentato tempestivamente contro una decisione dell'ultima istanza cantonale emanata in ambito edilizio, il ricorso in materia di diritto pubblico è di massima ammissibile sotto il profilo degli art. 82 lett. a, 86 cpv. 1 lett. d e 100 cpv. 1 LTF (DTF 135 II 30 consid. 1.1). La legittimazione dei ricorrenti è pacifica (art. 89 cpv. 1 LTF).
1.3 Secondo l'art. 90 LTF il ricorso al Tribunale federale è ammissibile contro le decisioni che pongono fine al procedimento. Giusta l'art. 91 LTF, il ricorso è inoltre ricevibile contro le decisioni parziali, vale a dire che concernono soltanto talune conclusioni, se queste possono essere giudicate indipendentemente dalle altre (lett. a), o che pongono fine al procedimento solo per una parte dei litisconsorti (lett. b). Eccettuati i casi disciplinati dall'art. 92 LTF, il ricorso contro le decisioni pregiudiziali e incidentali, notificate separatamente, è per contro ammissibile unicamente se possono causare un pregiudizio irreparabile o se l'accoglimento del ricorso comporterebbe immediatamente una decisione finale consentendo di evitare una procedura probatoria defatigante o dispendiosa (art. 93 cpv. 1 lett. a e b LTF). Queste condizioni di ammissibilità, il cui adempimento deve di principio essere dimostrato dai ricorrenti (DTF 134 III 426 consid. 1.2 in fine), mirano a sgravare il Tribunale federale, che deve di massima esprimersi con un'unica decisione sull'oggetto del litigio (DTF 135 II 30 consid. 1.3.2; 133 IV 139 consid. 4).
1.4 Il Consiglio di Stato, ritenuto che alla domanda di costruzione fosse applicabile la procedura ordinaria e non quella della notifica, riservata ai lavori di secondaria importanza, e accertato ch'essa era carente di tutte le informazioni necessarie per comprendere la portata e l'estensione delle opere prospettate, nonché per poter valutare i progettati interventi edilizi, ha rinviato la causa al Municipio, affinché completi la domanda di costruzione e, applicata la procedura corretta e raccolte le osservazioni del Dipartimento, si pronunci nuovamente sulla stessa. Anche la Corte cantonale, confermato che le opere previste esulano dalla procedura di notifica, ha ritenuto un accertamento fattuale incompleto e ha constatato la carenza della necessaria documentazione e l'assenza del preavviso cantonale: essa ha quindi confermato il rinvio degli atti al Municipio.
1.5 I ricorrenti si limitano ad asserire, senza ulteriori precisazioni, che la criticata decisione costituirebbe una decisione finale secondo l'art. 90 LTF.
1.6 Ora, è manifesto che la sentenza impugnata, che non è una decisione parziale giusta l'art. 91 LTF (DTF 133 V 477 consid. 4.1-4.3; 134 II 137 consid. 1.3), non mette fine alla causa e, quale decisione di rinvio, del resto constatante la necessità di ulteriori atti istruttori, costituisce quindi una decisione incidentale, che può essere oggetto di un ricorso diretto al Tribunale federale solo alle condizioni poste dall'art. 93 LTF, visto che la Corte cantonale non ha statuito a titolo definitivo su determinate domande giudicabili a titolo indipendente, ma solo su determinate censure (DTF 134 II 124 consid. 1.3; 133 V 477 consid. 3 e consid. 4.2; sentenza 1C_413/2007 dell'11 febbraio 2008 consid. 2.3 e 2.4, in RtiD 2008 II n. 45 pag. 184).
1.7 I ricorrenti non fanno valere di subire un pregiudizio irreparabile ai sensi dell'art. 93 cpv. 1 lett. a LTF, danno che non sarebbe comunque ravvisabile di massima nel semplice prolungamento della procedura o nell'aumento dei costi legati alla causa (DTF 134 II 137 consid. 1.3.1; 133 V 477 consid. 5.2.1 e 5.2.2). In concreto è inoltre manifesto che al Municipio, nel quadro del nuovo esame della domanda di costruzione, spetta un vasto margine di apprezzamento e che le autorità cantonali non gli hanno imposto particolari ingiunzioni che lo limiterebbero (cfr. DTF 134 II 124 consid. 1.3; 134 III 177 consid. 1.2 inedito; 133 V 477 consid. 3.1). È d'altra parte evidente che il Tribunale federale potrebbe essere chiamato a esprimersi più volte sulla domanda di costruzione, in particolare dopo l'esame, da parte del Municipio, della richiesta ulteriore documentazione.
1.8 Neppure un eventuale accoglimento del ricorso permetterebbe l'esecuzione immediata dell'opera, né i ricorrenti sostengono, a ragione, che la decisione impugnata implicherebbe un importante dispendio sotto il profilo procedurale, poiché la documentazione richiesta è limitata e non comporta manifestamente una procedura istruttoria defatigante o dispendiosa secondo l'art. 93 cpv. 1 lett. b LTF (DTF 134 II 137 consid. 1.3; 142 consid. 1.2.3-1.2.4; 133 II 409 consid. 1.2; cfr. sentenza 1C_295/2007 del 23 gennaio 2008, consid. 1.2).
2. Il ricorso dev'essere pertanto dichiarato inammissibile. Le spese seguono la soccombenza (art. 66 cpv. 1 LTF).
Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso è inammissibile.
2. Le spese giudiziarie di fr. 1'000.-- sono poste a carico dei ricorrenti.
3. Comunicazione ai patrocinatori delle parti, al Municipio di Mendrisio, al Dipartimento del territorio, al Consiglio di Stato e al Tribunale amministrativo del Cantone Ticino.