Faits:
A. La SI A._, alors propriétaire, a remis à bail à H.X._, à compter du 1er juin 1977, un appartement de trois pièces ainsi qu'une grande chambrette dans un immeuble sis à Genève, Le loyer, sans les charges, était fixé en dernier lieu à 750 fr. par mois.
Au mois de septembre 2004, Y._ a acquis l'immeuble, devenant la bailleresse.
Par deux avis officiels du 3 juin 2005, adressés l'un à H.X._ et l'autre à son épouse F.X._, la bailleresse a résilié le contrat pour le 31 octobre 2005, affirmant qu'elle avait besoin des locaux loués pour son frère.
B. H.X._ et F.X._ ont saisi la Commission de conciliation en matière de baux et loyers du canton de Genève, concluant principalement à l'annulation du congé et subsidiairement à une prolongation du bail. Ils soutiennent en substance que le besoin de la bailleresse n'est pas établi, qu'il n'est qu'un prétexte et qu'elle a eu d'autres occasions de loger ses proches.
Par décision du 13 décembre 2005, la Commission de conciliation a admis la validité du congé, mais a accordé une première prolongation du bail de deux ans.
La bailleresse a saisi le juge par demande du 3 janvier 2006, contestant la prolongation de bail accordée.
H.X._ et F.X._, dans leur réponse, ont conclu principalement à l'annulation du congé et, subsidiairement, à sa prolongation pour la durée maximale.
Par jugement du 11 octobre 2007, le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève a déclaré le congé valable et accordé aux locataires une unique prolongation du bail de trois ans, soit au 31 octobre 2008.
H.X._ et F.X._ ont appelé de ce jugement; ils ont conclu principalement à l'annulation du congé et subsidiairement à une prolongation du bail pour la durée maximale.
La bailleresse a conclu à la confirmation du jugement attaqué.
Par arrêt du 6 octobre 2008, la Chambre d'appel en matière de baux et loyers du canton de Genève a annulé le jugement entrepris et accordé une prolongation de bail de quatre ans. La cour cantonale a cependant considéré qu'il n'y avait pas lieu d'entrer en matière sur la question de la validité du congé, parce que H.X._ et F.X._ n'avaient pas saisi le juge dans les trente jours après la décision de la Commission de conciliation écartant leurs conclusions en annulation de la résiliation.
C. H.X._ et F.X._ exercent un recours en matière civile au Tribunal fédéral. Ils concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué et, principalement, à l'annulation du congé, subsidiairement au renvoi de la cause à la cour cantonale pour qu'elle annule le congé; plus subsidiairement, les recourants requièrent que la cause soit retournée à l'autorité cantonale pour compléter l'instruction.
L'intimée propose le rejet du recours.
Considérant en droit:
1. 1.1 La valeur litigieuse est déterminée, en cas de recours contre une décision finale, par les conclusions restées litigieuses devant l'autorité précédente (art. 51 al. 1 let. a LTF). En l'espèce, les conclusions principales prises devant la Chambre d'appel, qui étaient entièrement litigieuses, portaient sur l'annulation du congé. Que les conclusions soient admissibles ou non ne jouent pas de rôle pour le calcul de la valeur litigieuse. En raison du délai de protection prévu par l'art. 271a al. 1 let. e CO, la valeur litigieuse, en cas de contestation d'un congé, s'élève au moins à trois ans de loyer (arrêt 4A_181/2008 du 24 juin 2008 consid. 1.1, non publié in ATF 134 III 446 et les références). Il en résulte que la valeur litigieuse minimale de 15'000 fr. requise en matière de droit du bail (art. 74 al. 1 let. a LTF) est ici atteinte, contrairement aux indications données par la cour cantonale.
1.2 Exercé par les parties qui ont succombé dans leurs conclusions en annulation du congé (art. 76 al. 1 LTF) et dirigé contre un arrêt final (art. 90 LTF) rendu en matière civile (art. 72 al. 1 LTF) par une autorité cantonale de dernière instance (art. 75 LTF), le recours est en principe recevable, puisqu'il a été déposé dans le délai (art. 100 al. 1 LTF) et la forme (art. 42 LTF) prévus par la loi.
Le recours peut être interjeté pour violation du droit, tel qu'il est délimité par les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF). Il n'est donc limité ni par les arguments soulevés dans le recours ni par la motivation retenue par l'autorité précédente; il peut admettre un recours pour un autre motif que ceux qui ont été articulés ou, à l'inverse rejeter un recours en adoptant une argumentation différente de celle de l'autorité précédente (ATF 134 III 102 consid. 1.1 et l'arrêt cité). Compte tenu de l'exigence de motivation contenue à l'art. 42 al. 1 et 2 LTF, sous peine d'irrecevabilité (art. 108 al. 1 let. b LTF), le Tribunal fédéral n'examine en principe que les griefs invoqués; il n'est pas tenu de traiter, comme le ferait une autorité de première instance, toutes les questions juridiques qui se posent, lorsque celles-ci ne sont plus discutées devant lui (ATF 134 III 102 consid. 1.1). Il ne peut pas entrer en matière sur la violation d'un droit constitutionnel ou sur une question relevant du droit cantonal ou intercantonal si le grief n'a pas été invoqué et motivé de manière précise par la partie recourante (art. 106 al. 2 LTF).
1.3 Le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Il ne peut s'en écarter que si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte - ce qui correspond à la notion d'arbitraire (ATF 134 V 53 consid. 4.3) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF).
La partie recourante qui entend s'écarter des constatations de l'autorité précédente doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions d'une exception prévue par l'art. 105 al. 2 LTF seraient réalisées, faute de quoi il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait qui diverge de celui contenu dans la décision attaquée. Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (art. 99 al. 1 LTF).
Le Tribunal fédéral ne peut aller au-delà des conclusions des parties (art. 107 al. 1 LTF). Toute conclusion nouvelle est irrecevable (art. 99 al. 2 LTF).
2. Invoquant une violation des art. 273 al. 5 et 274f al. 1 CO, les recourants reprochent à la cour cantonale de n'être pas entrée en matière sur leurs conclusions tendant à l'annulation du congé. Ils persistent à soutenir que le congé doit être annulé et invoquent à ce propos une violation de l'art. 271 CO. A titre subsidiaire, ils se plaignent d'arbitraire dans l'application du droit cantonal (art. 9 Cst.), d'un déni de justice et d'une violation de leur droit d'être entendus (art. 29 Cst.).
2.1 Devant l'autorité de conciliation, le locataire et son épouse ont conclu à l'annulation du congé. Ils ont succombé sur ce point, puisque l'autorité de conciliation a conclu à la validité du congé et n'a accordé qu'une prolongation du bail. Le locataire et son épouse semblaient disposés à s'accommoder de cette décision, puisqu'ils n'ont pas porté la cause devant le juge dans les 30 jours.
En revanche, la bailleresse a saisi le juge pour contester la décision de prolonger le contrat. Le locataire et son épouse ont alors repris leurs conclusions principales en annulation du congé, dans lesquelles ils ont persisté aussi bien en première instance qu'en appel.
La question litigieuse est de savoir s'ils pouvaient le faire.
D'un côté, il faut observer que les recourants ont succombé dans leurs conclusions en annulation du congé et qu'ils n'ont pas saisi le juge en temps utile, ce qui est de nature à faire entrer en force de chose jugée la décision de l'autorité de conciliation. D'un autre côté, il convient de constater que la bailleresse a saisi le Tribunal des baux et loyers, ce qui a empêché la décision de l'autorité de conciliation de devenir définitive. Il sied ainsi de déterminer si la saisine du juge par une seule des parties entraîne la complète mise à néant de la décision de l'autorité de conciliation (avec le risque d'une sorte de reformatio in peius) ou s'il y a lieu de faire une distinction suivant les chefs de conclusions, dont certains seraient définitivement liquidés et d'autres non.
2.2 A teneur de l'art. 273 al. 1 CO, la partie qui veut contester le congé doit saisir l'autorité de conciliation dans les 30 jours qui suivent la réception du congé. L'autorité de conciliation s'efforce d'amener les parties à un accord (art. 273 al. 4, 1ère phrase, CO). L'accord vaut transaction judiciaire (art. 274e al. 1, 2ème phrase, CO). Si l'autorité de conciliation ne parvient pas à un accord, elle rend une décision sur les prétentions en annulation du congé (art. 273 al. 4, 2ème phrase, CO). Si elle rejette une requête en annulation du congé, elle examine d'office si le bail peut être prolongé (art. 274e al. 3 CO). La partie qui succombe peut saisir le juge dans les 30 jours, à défaut de quoi la décision de l'autorité de conciliation devient définitive (art. 273 al. 5 CO). Cette règle est répétée à l'art. 274f al. 1, 1ère phrase, CO.
2.3 Le Tribunal fédéral a déjà eu l'occasion de traiter à plusieurs reprises la question posée.
Dans un premier cas, procédant à une analyse de la doctrine, il a constaté que la majorité des auteurs étaient d'avis que la décision de l'autorité de conciliation tombait dans sa totalité dès que le juge est saisi par l'une des parties, de sorte que la partie qui, dans un premier temps, s'était contentée de la décision peut reprendre ses propres conclusions, même si elle n'a pas agi dans les délais (arrêt 4C.417/1999 du 18 février 2000 consid. 5b, qui se réfère notamment à SVIT-Kommentar, 2ème éd., Zurich 1998, n° 31 ad art. 273 CO et n° 3 ad art. 274f CO, Peter Zihlmann, Das Mietrecht, 2ème éd., Zurich 1995, p. 244, et à Roland Gmür, Kündigungsschutz - Prozessuales rund um den "Entscheid" der Schlichtungsbehörde, MP 1990, p 134; cf. à ce propos très récemment: David Lachat, Le bail à loyer, Lausanne 2008, ch. 3.1.3 p. 156/157 et ch. 7.5.9 p. 282; SVIT-Kommentar, 3e éd., Zurich 2008, n° 31 ad art. 273 CO). Le Tribunal fédéral n'a cependant pas eu à trancher la question, parce que, dans le cas qui lui était soumis, les deux parties avaient saisi le juge, de sorte qu'il a été admis, dans une telle hypothèse, que l'on pouvait opposer au locataire le fait d'avoir réduit sa demande dans l'acte par lequel il a saisi le juge.
Dans une deuxième cause, le Tribunal fédéral a admis que la saisine du juge par une seule des parties empêchait l'entrée en force de la décision de l'autorité de conciliation et qu'il n'était pas question d'une entrée en force partielle; l'autre partie restait donc libre de reprendre ses conclusions dans sa réponse, respectivement de former une reconvention (arrêt 4C.367/2005 du 7 mars 2006 consid. 2.2.2, lequel se référait - en plus des renvois susmentionnés au SVIT-Kommentar 2ème éd. et à Gmür - à Roger Weber, Commentaire bâlois, 3ème éd., Bâle 2003, n° 7 ad art. 273 CO, à Peter Higi, Commentaire zurichois, n° 134 ad art. 273 CO et à David Lachat, Le bail à loyer, Lausanne 1997, p. 185). En revanche, la juridiction fédérale a rejeté la théorie de l'actio duplex, en ce sens qu'elle n'a pas admis que la partie qui avait renoncé à saisir le juge puisse poursuivre seule l'action, alors que l'autre partie (qui avait porté l'affaire devant le juge) avait retiré sa demande (arrêt 4C.367/2005 du 7 mars 2006 ibidem).
Dans un troisième arrêt, le Tribunal fédéral a clairement affirmé que lorsqu'une seule des parties saisit le juge, la décision de l'autorité de conciliation ne devient pas définitive également à l'égard de l'autre partie, en sorte que celle-ci conserve la faculté de soumettre au juge ses propres conclusions, dans le cadre de la réponse à la demande ou en formant une demande reconventionnelle, pour autant que le droit de procédure applicable lui offre une telle possibilité (arrêt 4A_130/2008 du 26 mai 2008 consid. 2.2, in SJ 2008 I p. 461).
2.4 Le cas d'espèce est absolument identique à ce dernier précédent. Il n'y a pas lieu de revenir sur cette jurisprudence.
Il faut en effet garder à l'esprit que l'autorité de conciliation a pour mission principale d'amener les parties à régler leur différend à l'amiable (cf. art. 274a al. 1 let. b et 274e al. 1 CO). Il est vrai qu'à la suite d'une modification législative, les compétences de l'autorité de conciliation ont été élargies dans le sens où il a été prévu qu'elle pouvait rendre, dans certains cas, une décision (art. 274e al. 2, 1ère phrase, CO). Cette innovation de la législation n'a cependant pas eu pour but de transformer l'autorité de conciliation en un juge de première instance. La jurisprudence a déjà eu l'occasion de souligner que la "décision" de l'autorité de conciliation revêtait un caractère sui generis, qu'elle ne constituait pas un jugement de première instance et qu'elle devait être qualifiée de pré-décision rendue prima facie; le Tribunal fédéral a ajouté que le seul effet juridique de cette décision, en cas de contestation par l'une des parties, était de répartir le rôle des parties dans la procédure judiciaire (ATF 121 III 266 consid. 2b p. 269; 117 II 421 consid. 2 p. 424).
Comme la mission de l'autorité de conciliation est principalement de favoriser un règlement amiable des différends, il faut interpréter son pouvoir de décision en fonction de cette finalité. La décision de l'autorité de conciliation est en réalité une ultime tentative de parvenir à un arrangement. En donnant son avis sur le litige, l'autorité de conciliation donne une dernière chance aux parties de s'y soumettre tacitement et ainsi de parvenir en définitive à un accord, lequel est revêtu de l'autorité de chose jugée comme toute autre transaction judiciaire. L'autorité de chose jugée semble dépendre davantage du consentement tacite des parties que du pouvoir qui appartiendrait à l'organe qui a prononcé la décision. Lorsque l'une au moins des parties saisit le juge en temps utile, on doit en déduire que cette ultime proposition conciliatoire n'a pas rencontré le consentement de tous les plaideurs et que la conciliation a par conséquent définitivement échoué.
Quand une des parties au moins saisit valablement le juge, la "décision" de l'autorité de conciliation est ainsi mise à néant; l'autre partie est alors en principe libre, dans les limites tracées par le droit de procédure applicable, de conclure sur l'objet du litige et de former une demande reconventionnelle.
Il serait contraire à l'esprit d'une conciliation de désavantager une partie dans la suite de la procédure judiciaire pour le motif qu'elle s'est montrée plus conciliante que l'autre. On admet de façon générale qu'une partie ne peut pas se prévaloir, dans la suite de la procédure, d'une proposition conciliatoire faite par son adversaire, dès lors que celle-ci n'a pas été acceptée et que la conciliation n'est pas venue à chef. On peut parfaitement imaginer qu'une partie, bien qu'insatisfaite de la décision rendue par l'autorité de conciliation, décide néanmoins de s'y soumettre, par gain de paix et pour mettre un terme au litige, dans l'idée que sa partie adverse fera de même; si celle-ci ne se soumet pas et saisit le juge, on ne voit pas pourquoi la partie qui s'est montrée plus accommodante devrait en subir un préjudice et se trouver entravée dans ses moyens. Dans un processus de conciliation, toute proposition ou attitude transactionnelle doit être considérée en principe comme conditionnée à la survenance d'un accord mettant fin au différend.
En l'espèce, le juge a été valablement saisi par la bailleresse et la procédure judiciaire s'est poursuivie. Le locataire et son épouse n'ont pas renoncé à demander l'annulation du congé indépendamment de l'attitude de leur partie adverse. Qu'ils n'aient pas saisi le juge dans les 30 jours procède manifestement de l'espoir de mettre un terme à la querelle. Dès lors qu'un accord n'a pas pu être trouvé, cette attitude conciliatrice reste sans effet juridique. Dans ces circonstances, la cour cantonale a violé les art. 273 al. 5 et 274f al. 1 CO en considérant que la décision de l'autorité de conciliation était devenue définitive à l'égard des recourants, alors même que l'une des parties avait valablement saisi le juge en temps opportun.
2.5 Le recours étant ainsi fondé, l'arrêt attaqué doit être annulé. Comme la cour cantonale n'a pas examiné la question de l'annulation du congé en considérant à tort que cette conclusion était irrecevable, la cause doit lui être retournée pour nouvelle décision, puisqu'il n'appartient pas au Tribunal fédéral de statuer à sa place (cf. art. 107 al. 2 LTF). Partant, il n'y a pas lieu à ce stade d'examiner le grief de violation de l'art. 271 CO. Il ne se justifie pas non plus d'examiner les griefs constitutionnels qui ont été clairement présentés comme subsidiaires.
3. Les frais judiciaires et les dépens sont mis à la charge de l'intimée qui succombe (art. 66 al. 1 et 68 al. 1 et 2 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est admis, l'arrêt attaqué est annulé et la cause est renvoyée à la cour cantonale pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 2'000 fr., sont mis à la charge de l'intimée.
3. L'intimée versera aux recourants, créanciers solidaires, une indemnité de 2'500 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Chambre d'appel en matière de baux et loyers du canton de Genève.
Lausanne, le 6 février 2009
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: Le Greffier:
Klett Ramelet