Sachverhalt:
A. X._ wurde mit Urteil des Bezirksgerichts Horgen vom 7. Mai 2008 unter anderem der Freiheitsberaubung schuldig gesprochen und mit 15 Monaten Freiheitsstrafe (als Gesamtstrafe aufgrund des Widerrufs einer bedingten Entlassung) sowie mit einer Busse von Fr. 500.-- verurteilt. Der Vollzug der Freiheitsstrafe wurde zugunsten einer stationären therapeutischen Massnahme aufgeschoben.
B. Gegen dieses Urteil erklärte X._ die Berufung. Die Schuldsprüche wegen Drohung und mehrfacher Tätlichkeit focht er dabei nicht an. Das Obergericht des Kantons Zürich bestätigte mit Urteil vom 22. Januar 2009 den Schuld- und Strafpunkt.
C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, er sei vom Vorwurf der Freiheitsberaubung freizusprechen, und die Strafe sei zu senken. Von der Anordnung einer stationären therapeutischen Massnahme sei abzusehen, eventualiter sei eine ambulante Massnahme anzuordnen. Er sei aus der Haft zu entlassen. Zudem ersucht X._ um unentgeltliche Prozessführung und Verbeiständung.
D. Auf das Gesuch um Haftentlassung wurde mit Präsidialverfügung der Strafrechtlichen Abteilung vom 22. Mai 2009 nicht eingetreten.
Erwägungen:
1. Der Verurteilung liegt folgender Sachverhalt zugrunde:
Der Beschwerdeführer suchte am 1. Mai 2007 die Geschädigte A._ in deren Wohnung auf und begab sich zu ihr ins Schlafzimmer. Er packte die im Bett liegende Geschädigte an den Beinen und zog sie zu sich heran. Danach setzte er sich auf ihre Beine und klemmte ihre Oberschenkel zwischen seinen Knien ein. Gegen den Willen der Geschädigten hielt er sie während mindestens 10 Minuten in dieser Position fest. Zudem bedrohte, schlug und biss er sie.
2. Der Beschwerdeführer rügt eine willkürliche Beweiswürdigung hinsichtlich der Dauer des Festhaltens der Geschädigten sowie die Verletzung von Art. 183 Ziff. 1 Abs. 1 StGB.
2.1 Die Vorinstanz führt aus, gemäss den konstanten Schilderungen der Geschädigten habe der Beschwerdeführer diese nicht nur kurz an den Handgelenken gehalten, sondern mit seinen Knien an den Beinen fixiert. Der Beschwerdeführer habe die Wohnung der Geschädigten um ca. 06.45 Uhr betreten und sich nach ca. 5 Minuten ins Schlafzimmer begeben, um die Geschädigte zu drangsalieren. Diese sei ca. um 07.30 Uhr zu ihrer Nachbarin geflüchtet, welche um 07.35 Uhr die Polizei angerufen habe. Der inkriminierte Vorgang habe somit nicht mit Sicherheit 30 Minuten, jedoch zweifellos länger als 10 Minuten gedauert. Abgesehen von dieser Einschränkung sei der massgebliche Anklagesachverhalt rechtsgenügend erstellt (angefochtenes Urteil E. II 1.6 S. 8 f.). Zur rechtlichen Würdigung der Freiheitsberaubung hält die Vorinstanz fest, die für die Erfüllung des objektiven Tatbestandes verlangte Intensität und Dauer des Eingriffs seien gegeben. Die verbale Drohung stehe in keinem direkten Zusammenhang mit dem physischen Festhalten der Geschädigten und der komplette Entzug der Bewegungsfreiheit gehe klar über die Tätlichkeiten (Schläge und Bisse) hinaus. Deshalb sei Realkonkurrenz zu diesen Delikten anzunehmen (angefochtenes Urteil E. II 2.1 S. 10).
2.2 Der Beschwerdeführer bringt vor, das vorinstanzliche Beweisresultat, dass er die Geschädigte länger als 5 bis 10 Minuten gegen deren Willen festgehalten habe, sei nicht schlüssig. Die Geschädigte bette den Vorfall in keine Rahmengeschichte ein und erzähle nicht, wie und warum es zu den Tätlichkeiten und Drohungen gekommen sei. Das hartnäckige Leugnen der langjährigen Beziehung zu ihm mache sie nicht sehr glaubwürdig als Zeugin. Weil nicht feststellbar sei, wann er sich zu der Geschädigten ins Bett gelegt habe, verletze die Vorinstanz den Grundsatz "in dubio pro reo", indem sie von einer Dauer von länger als 5 bis 10 Minuten ausgehe. Zum objektiven Tatbestand der Freiheitsberaubung bringt der Beschwerdeführer vor, die Aufhebung der Bewegungsfreiheit sei als Begleiterscheinung eines andern strafbaren Verhaltens aufgetreten. Weil nicht erstellt sei, dass er die Geschädigte länger als 5 Minuten gegen ihren Willen festgehalten habe, seien die für die Annahme einer Freiheitsberaubung geforderte Intensität und Dauer nicht erreicht. Aus den dargelegten Gründen sei er vom Vorwurf der Freiheitsberaubung freizusprechen.
2.3 Aus der in Art. 32 Abs. 1 BV und Art. 6 Ziff. 2 EMRK verankerten Unschuldsvermutung wird die Rechtsregel "in dubio pro reo" abgeleitet. Als Beweiswürdigungsregel besagt sie, dass sich der Strafrichter nicht von einem für den Angeklagten ungünstigen Sachverhalt überzeugt erklären darf, wenn bei objektiver Betrachtung Zweifel bestehen, ob sich der Sachverhalt so verwirklicht hat. Bei der Frage, ob angesichts des willkürfreien Beweisergebnisses erhebliche und nicht zu unterdrückende Zweifel hätten bejaht werden müssen und sich der Sachrichter von dem für den Angeklagten ungünstigen Sachverhalt nicht hätte überzeugt erklären dürfen, steht der Vorinstanz ein weiter Ermessensspielraum zu. Willkür liegt einzig vor, wenn die Behörde in ihrem Entscheid von Tatsachen ausgeht, die mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch stehen oder auf einem offenkundigen Fehler beruhen. Dabei genügt es nicht, wenn sich der angefochtene Entscheid lediglich in der Begründung als unhaltbar erweist; eine Aufhebung rechtfertigt sich erst, wenn er auch im Ergebnis verfassungswidrig ist (BGE 129 I 173 E. 3.1 S. 178 mit Hinweisen).
Gemäss Art. 42 Abs. 1 BGG ist die Beschwerde zu begründen. Die Begründung hat in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Akt Recht verletzt (Art. 42 Abs. 2 Satz 1 BGG). Eine qualifizierte Rügepflicht gilt hinsichtlich der Verletzung von Grundrechten und von kantonalem und interkantonalem Recht. Das Bundesgericht prüft eine solche Rüge nur insofern, als sie in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (Art. 106 Abs. 2 BGG, BGE 133 Il 249 E. 1.4.2 S. 254).
2.4 Für die Begründung der Rüge der willkürlichen Beweiswürdigung setzt sich der Beschwerdeführer in weiten Teilen nicht mit den vorinstanzlichen Erwägungen auseinander, sondern wiederholt seine Ausführungen, welche er in der Berufung vorgebracht hat. Er zeigt nicht substanziiert auf, inwiefern die Vorinstanz den Grundsatz "in dubio pro reo" verletzt, indem sie die Aussagen der Geschädigten als glaubhaft und gestützt darauf den Sachverhalt als rechtsgenügend erstellt erachtet. Seine Rüge erweist sich als unbegründet, soweit darauf mangels rechtsgenügender Begründung überhaupt einzutreten ist.
2.5 Gestützt auf den verbindlich festgestellten Sachverhalt (Art. 105 Abs. 1 BGG) hat die Vorinstanz hinsichtlich des Tatbestandes der Freiheitsberaubung zu Recht die geforderte Intensität und Dauer bejaht (vgl. BGE 128 IV 73 E. 2a S. 75 mit Hinweis). Wie sie ausführt, besteht kein direkter Zusammenhang zur verbalen Drohung sowie Realkonkurrenz zu den Tätlichkeiten (vgl. BGE 104 IV 170 E. 3 S. 174 mit Hinweis). Der Schuldspruch der Freiheitsberaubung verletzt somit kein Bundesrecht. Demgemäss fällt der Eventualantrag auf angemessene Senkung der Strafe dahin.
3. Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Anordnung der stationären therapeutischen Massnahme. Er macht geltend, die Voraussetzungen dafür seien aus mehreren Gründen nicht gegeben. Die Vorinstanz stelle den Sachverhalt willkürlich fest, indem sie auf das fehlerhafte Gutachten abstelle. Zudem missbrauche sie ihr Ermessen bei der Rechtsgüterabwägung.
3.1 Eine Massnahme ist anzuordnen, wenn eine Strafe allein nicht geeignet ist, der Gefahr weiterer Straftaten des Täters zu begegnen; ein Behandlungsbedürfnis des Täters besteht oder die öffentliche Sicherheit dies erfordert; und die Voraussetzungen der Artikel 59-61, 63 oder 64 erfüllt sind (Art. 56 Abs. 1 StGB). Gemäss Abs. 2 setzt die Anordnung einer Massnahme voraus, dass der mit ihr verbundene Eingriff in die Persönlichkeitsrechte des Täters im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit und Schwere weiterer Straftaten nicht unverhältnismässig ist.
Ist der Täter psychisch schwer gestört, so kann das Gericht eine stationäre Behandlung anordnen, wenn der Täter ein Verbrechen oder Vergehen begangen hat, das mit seiner psychischen Störung in Zusammenhang steht und zu erwarten ist, dadurch lasse sich der Gefahr weiterer mit seiner psychischen Störung in Zusammenhang stehender Taten begegnen (Art. 59 Abs. 1 StGB). Gemäss Art. 60 Abs. 1 StGB kann das Gericht aus den gleichen Gründen eine stationäre Behandlung anordnen, wenn der Täter von Suchtstoffen oder in anderer Weise abhängig ist.
3.2 Das Gericht würdigt Gutachten grundsätzlich frei. Jedoch darf es in Fachfragen nicht ohne triftige Gründe vom Gutachten abweichen und muss Abweichungen begründen. Das Abstellen auf nicht schlüssige Gutachten kann gegen Art. 9 BV verstossen, so wenn gewichtige, zuverlässig begründete Tatsachen oder Indizien die Überzeugungskraft des Gutachtens ernstlich erschüttern (BGE 130 I 337 E. 5.4.2 S. 345 f. mit Hinweisen).
3.3 Dr. med. G._ führt in seinem Gutachten vom 6. Juli 2007 unter anderem Folgendes aus: "Bei der beschuldigten Person besteht die Gefahr, erneut Straftaten zu begehen. Zu erwarten wären gleiche oder ähnliche Straftaten wie jene, für die er früher schon verurteilt wurde und deretwegen er jetzt in einer strafrechtlichen Untersuchung steht. Die für die Tatzeit festgestellte psychische Störung besteht weiterhin. Die vorgeworfene Tat stand damit im Zusammenhang. Es gibt für die festgestellte psychische Störung eine Behandlung. Durch diese könnte der Gefahr neuerlicher Straftaten begegnet werden. Es sollte sich um eine stationäre Behandlung einer auf Suchtbehandlung spezialisierten Klinik handeln. Die beschuldigte Person ist bereit, sich einer solchen Behandlung zu unterziehen. ... Es ist die Anordnung einer stationären therapeutischen Massnahme im Sinne von Art. 59-60 StGB zweckmässig. Nur eine stationäre Behandlung ist geeignet, der Gefahr weiterer Straftaten zu begegnen, eine ambulante Behandlung genügt nicht" (kantonale Akten, Urk. 11/8 S. 47 f.).
In der Ergänzung dieses Gutachtens vom 13. März 2008 hält Dr. med. G._ insbesondere fest: "Beim Expl. besteht sowohl eine ausgeprägte Persönlichkeitsstörung als auch eine ausgeprägte Sucht (Abhängigkeitssyndrom), welche beide dringend einer Behandlung bedürfen. Zu behandeln sind also erstens Persönlichkeitsstörung, zweitens Suchtneigung, drittens Deliktneigung (deliktorientierte Therapie). ... Nur dann kann eine Besserung erzielt und die Legalprognose verbessert werden. Falls eine Suchtklinik keine Bereitschaft zur Aufnahme des Expl. zeigt (wozu sie nicht verpflichtet werden kann), ist es beim Expl. indiziert und gerechtfertigt, eine stationäre Massnahme nach Art. 59 StGB in einer psychiatrischen Klinik bzw. einem Massnahmezentrum anzuordnen" (kantonale Akten, Urk. 27 S. 4).
3.4 Die Vorinstanz führt aus, der Gutachter attestiere dem Beschwerdeführer eine "emotional instabile Persönlichkeitsstörung" sowie eine "Polytoxikomanie" (Abhängigkeitssyndrom Alkohol und Kokain). Gestützt auf die Diagnose sei von einer schweren geistigen Abnormität des Beschwerdeführers auszugehen. Die Taten würden sowohl mit seiner psychischen Störung als auch mit seiner Suchtkrankheit in Zusammenhang stehen. Ohne Behandlung bestünde die Gefahr, dass der Beschwerdeführer wiederum gleiche oder ähnliche Straftaten begehen würde, womit auch das Bedürfnis der Öffentlichkeit nach Sicherheit zu bejahen sei. Eine ambulante Behandlung genüge nicht, um der Gefahr weiterer Straftaten zu begegnen. Geeignete Einrichtungen für eine stationäre Behandlung würden bestehen, weshalb zusätzlich zur Strafe eine Behandlung anzuordnen sei. Im Strafvollzug habe die Verbesserung der Legalprognose noch nicht abgeschlossen werden können. Deshalb sei zusätzlich zur Strafe eine Behandlung anzuordnen, auch wenn der Beschwerdeführer die Freiheitsstrafe beinahe vollständig erstanden habe. Es liege ein ernstes, daher mittel- bis hochgradiges Rückfallrisiko vor, und zwar auch für gravierende Delikte. Demgemäss sei das Bedürfnis der Öffentlichkeit nach Sicherheit vorrangig und die Therapie erweise sich als verhältnismässigen Eingriff in die Persönlichkeitsrechte des Beschwerdeführers (angefochtenes Urteil E. III 3.3 S. 18 ff.). Der Beschwerdeführer habe Bereitschaft zum Absolvieren einer stationären Behandlung geäussert. Auch wenn er vorbringe, nicht psychisch, sondern physisch krank zu sein, sei das Mindestmass an Massnahmewilligkeit zu bejahen. Weil die Persönlichkeitsstörung des Beschwerdeführers im Hinblick auf dessen Gefährlichkeit klar im Vordergrund stehe, sei eine Massnahme im Sinne von Art. 59 StGB anzuordnen. Dabei sei zu beachten, dass auch im Rahmen dieser Behandlung eine Suchtbehandlung durchgeführt werden könne (angefochtenes Urteil E. III 4 und 5 S. 22 f.).
3.5 Der Beschwerdeführer rügt eine fehlerhafte Begutachtung. Der Gutachter übernehme für die Anamnese die Sachverhalte aus den Akten, was zu einem nicht schlüssigen Gutachten führe. Die Vorinstanz stelle gestützt auf dieses Gutachten den Sachverhalt offensichtlich unrichtig bzw. willkürlich fest. Sie begründe nicht, wieso die diagnostizierte Persönlichkeitsstörung eine schwere psychische Störung im rechtlichen Sinne sei. Die Vorinstanz habe nicht thematisiert, dass sich seine angebliche Gewaltneigung während Jahren nicht manifestiert habe. Erst als der Sonderdienst des Justizvollzuges dem Gutachter mitgeteilt habe, dass sich die Unterbringung in einer Suchtklinik als schwierig erweise, habe dieser eine stationäre Massnahme nach Art. 59 StGB anstelle einer Suchtbehandlung empfohlen. Dabei habe der Gutachter nicht erwogen, ob unter diesen neuen Voraussetzungen eine ambulante Therapie genügen würde. Der Gutachter erachte eine Behandlung der Persönlichkeitsstörung als besonders schwer, weil eine solche im Allgemeinen von dauernder und schwer beeinflussbarer Natur sei. Es sei willkürlich, dass die Vorinstanz diese Prognose nicht thematisiert habe. Weiter rügt der Beschwerdeführer die fehlende Verfügbarkeit einer geeigneten Einrichtung. Gemäss dem Gutachten sei bei einer stationären Behandlung ein gleichzeitiger oder vorheriger Strafvollzug nicht angezeigt, weshalb eine Strafanstalt nicht geeignet sei. Die Vorinstanz erwähne zudem nicht, ob eine stationäre Massnahme nach Art. 59 Abs. 1 oder Abs. 3 StGB anzuordnen sei. Diese fehlende Unterscheidung lasse den Vollzugsbehörden bei der Wahl der geeigneten Einrichtung einen zu grossen Ermessensspielraum. Der Beschwerdeführer rügt weiter die Bejahung seiner Massnahmewilligkeit. Es sei willkürlich, aus der Bereitschaft zu einer Suchttherapie eine Massnahmewilligkeit bezüglich einer stationären Behandlung von psychischen Störungen abzuleiten. So ziehe er seit mehr als einem Jahr die Sicherheitshaft einem vorzeitigen Antritt einer solchen Massnahme vor. Schliesslich rügt der Beschwerdeführer die Anordnung der Massnahme als unverhältnismässig. Nur zwei Vorstrafen, welche lange zurückliegen würden, hätten Gewalt und Drohung betroffen. Aufgrund seiner Vorstrafen sei nicht darauf zu schliessen, dass er eine besonders gewalttätige Person sei. Auch aus der Anlasstat sei keine Gefahr für die Allgemeinheit gegeben, weil die einzige Ursache für die Tat die Beziehung zum Opfer gewesen sei. Die gutachterliche Schlussfolgerung, dass er eine Gewaltneigung mit Tötungsfantasien aufweise, sei nicht nachvollziehbar. Die Abwägung der Interessen der öffentlichen Sicherheit mit seinen Interessen habe zu seinen Gunsten auszufallen. Eine stationäre Massnahme könnte Jahre dauern, was einen sehr schweren Eingriff in sein Freiheitsrecht darstellen würde. Zudem habe er die Freiheitsstrafe bereits verbüsst. Indem die Vorinstanz das Interesse der Öffentlichkeit höher gewichte, missbrauche sie ihr Ermessen. Die Interessenabwägung stütze sich zudem auf willkürliche Sachverhaltsfeststellungen.
3.6 Die Vorinstanz stellt für die Anordnung der stationären Massnahme auf die sachverständige Begutachtung (Art. 56 Abs. 3 StGB) von Dr. med. G._ ab, welche die schwere psychische Störung (Art. 56 Abs. 1 lit. c i.V.m. Art. 59 Abs. 1 StGB) des Beschwerdeführers sowie den Zusammenhang der Störung mit der Anlasstat (Art. 56 Abs. 1 lit. c i.V.m. Art. 59 Abs. 1 lit. a StGB) bejaht. Der Beschwerdeführer legt nicht substanziiert dar, inwiefern das Gutachten nicht schlüssig sein soll. Er nennt keine Tatsachen oder Indizien, welche die Überzeugungskraft des Gutachtens ernstlich erschüttern (vgl. E. 3.2 hiervor). Weiter zeigt er nicht auf, inwiefern die Bejahung des Kausalzusammenhanges seiner Persönlichkeitsstörung mit der Anlasstat willkürlich ist. Auf seine Vorbringen gegen die vorinstanzlichen Feststellungen ist mangels hinreichender Begründung nicht einzutreten (vgl. E. 2.3 hiervor).
3.7 Hinsichtlich der Behandlungsbedürftigkeit des Beschwerdeführers (Art. 56 Abs. 1 lit. b StGB) sind keine strengen Anforderungen an die Therapiewilligkeit zu stellen, zumal die fehlende Motivation häufig zum Krankheitsbild gehört (vgl. 6B_375/2008 vom 21. Oktober 2008 E. 4.4.). Somit durfte die Vorinstanz gestützt auf seine grundsätzliche Bereitschaft zu einer Behandlung die Therapiewilligkeit für eine stationäre Massnahme nach Art. 59 StGB bejahen. Obschon der Gutachter die Behandlung der Persönlichkeitsstörung als besonders schwer einschätzt, erachtet er eine stationäre Massnahme als geeignet (Art. 56 Abs. 1 lit. c i.V.m. Art. 59 Abs. 1 lit. b StGB). Für die Verfügbarkeit einer geeigneten Einrichtung (Art. 56 Abs. 5 StGB) genügt es, dass entsprechende Einrichtungen in der Schweiz existieren (vgl. CHRISTIAN SCHWARZENEGGER UND ANDERE, Strafrecht II, Strafen und Massnahmen, 8. Aufl. 2007, S. 165). Gestützt auf das Gutachten erachtet die Vorinstanz die Strafe allein als nicht geeignet, um das Rückfallrisiko zu vermindern (Art. 56 Abs. 1 lit. a StGB). Weiter begründet die Vorinstanz, wieso zwischen dem öffentlichen Interesse nach Sicherheit und dem Eingriff in die Persönlichkeitsrechte des Beschwerdeführers ein vernünftiges Verhältnis besteht (Art. 56 Abs. 2 StGB). Es ist nicht ersichtlich, inwiefern sie dabei ihr Ermessen missbraucht. Dies wird im Übrigen nicht rechtsgenügend dargelegt. Der Vollzug einer Massnahme ist auch bei vollständiger Verbüssung der Strafe möglich (vgl. BGE 128 I 184 E. 2.3.2 S. 189 mit Hinweis). Der Gutachter hält eine ambulante Massnahme für ungenügend (Art. 56a Abs. 1 StGB). Im Hinblick auf das Ergänzungsgutachten wurde er zur Stellungnahme betreffend der Durchführbarkeit der stationären Massnahme aufgefordert. Dabei hatte er sich nicht zur Frage einer ambulanten Massnahme zu äussern.
Die vorinstanzliche Anordnung der stationären Behandlung verletzt kein Bundesrecht.
4. Somit ist die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind die Gerichtskosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Die Rechtsbegehren des Beschwerdeführers erschienen von vornherein aussichtslos, weshalb sein Ersuchen um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung abzuweisen ist. Seiner finanziellen Lage ist mit herabgesetzten Gerichtskosten Rechnung zu tragen (Art. 65 Abs. 2 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 7. September 2009
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Binz