Sachverhalt:
A. Das Kreisgericht VIII Bern-Laupen erklärte X._ am 22. August 2008 der Vergewaltigung (mehrfach begangen in der Zeit von ca. 2000 bis November 2006), der sexuellen Nötigung (mehrfach begangen in der Zeit von 1999 bis November 2006), der sexuellen Handlungen mit Kindern (mehrfach begangen in der Zeit von 1999 bis 26. August 2006) und der Freiheitsberaubung (begangen in der Zeit zwischen Januar und November 2006) zum Nachteil von Y._ schuldig und verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von sieben Jahren, unter Anordnung einer ambulanten psychotherapeutischen Behandlung während und nach dem Strafvollzug, sowie zur Bezahlung von Fr. 500.-- Schadenersatz und einer Genugtuung von Fr. 30'000.--.
X._ appellierte gegen die Verurteilung wegen Vergewaltigung, sexueller Nötigung, sexuellen Handlungen mit Kindern (beschränkt auf die Zeit von 1999 bis Herbst 2003) und Freiheitsberaubung. Das Obergericht des Kantons Bern bestätigte am 10. Juni 2009 das erstinstanzliche Urteil im Schuld- und Zivilpunkt. Es verurteilte X._ zu einer Freiheitsstrafe von sechs Jahren. Der Schuldspruch wegen sexuellen Handlungen mit Kindern in der Zeit von Herbst 2003 bis 26. August 2006 erwuchs unangefochten in Rechtskraft.
B. Mit Beschwerde in Strafsachen vom 14. September 2009 beantragt X._, das Urteil des Obergerichts vom 10. Juni 2009 aufzuheben und die Angelegenheit zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht um Erteilung der aufschiebenden Wirkung der Beschwerde sowie unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
C. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.
Erwägungen:
1. Das Obergericht hält folgenden Sachverhalt für erwiesen:
Der Beschwerdeführer hatte in der Zeit von spätestens Sommer 1999 bis November 2006 sexuelle Kontakte mit seiner Stieftochter Y._. Diese kehrte im Jahre 1999 nach vier Jahren Fremdplatzierung in einem Heim zur Familie zurück. Anfänglich musste die damals neun Jahre alte Y._ den Beschwerdeführer mit der Hand, danach auch oral befriedigen. Später zwang er sie zudem zum Geschlechtsverkehr und schliesslich zum Analverkehr.
Der Beschwerdeführer war für Y._ eine wichtige Bezugsperson. Er stellte die sexuellen Handlungen anfänglich als eine Art Erziehung dar, indem er dem Mädchen erklärte, dass dies völlig normal sei und jedes Kind es so mache. Er verbot ihr, mit anderen Personen darüber zu sprechen, ansonsten etwas passieren, sie wieder ins Heim kommen, ihr oder ihrer Mutter etwas zustossen oder er ins Gefängnis kommen könnte. Bei wachsendem Widerstand von Y._ mit zunehmendem Alter übte der Beschwerdeführer vermehrt Druck aus, indem er die sexuellen Handlungen gegen längeren Ausgang aushandelte. Im Jahre 2006 hielt er sie einmal für zwei Stunden in seiner Wohnung fest und hinderte sie daran, zur Schule zu gehen. Es kam auch vor, dass er sie schlug. In dieser Mischung aus psychischer Zwangssituation, Abhängigkeit, latenten oder offenen Drohungen und sogar Schlägen und Erpressungen war es Y._ nicht möglich, sich gegen seine Anliegen nach sexuellen Handlungen zur Wehr zu setzen.
Das Kreisgericht ging zugunsten des Beschwerdeführers für die Zeit von Sommer 1999 bis November 2006 von mindestens 70 Übergriffen aus. Das Obergericht hält dafür, die genaue Anzahl sei nicht eruierbar. Fest stehe, dass sich der Beschwerdeführer über eine sehr lange Zeit hinweg intensiv an seiner Stieftochter vergangen habe.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer rügt Willkür bei der Beweiswürdigung. Er gesteht ein, dass es seit dem 13. Altersjahr von Y._ bis im Herbst 2006 zu sexuellen Handlungen kam. Hingegen bestreitet er, dass sexuelle Kontakte bereits früher und gegen deren Willen stattfanden. Es habe eine Liebesbeziehung zwischen ihm und Y._ bestanden.
2.2 Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG, vgl. auch Art. 105 Abs. 2 BGG). Offensichtlich unrichtig im Sinne von Art. 97 Abs. 1 BGG ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich im Sinne von Art. 9 BV ist (BGE 134 IV 36 E. 1.4.1). Der Beschwerdeführer muss in der Beschwerdeschrift anhand des angefochtenen Entscheids substanziiert darlegen, inwiefern die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz im Ergebnis willkürlich ist (vgl. Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 134 II 244 E. 2.2; 133 II 249 E. 1.4.3).
2.3 Die Vorinstanz stützt sich in den bestrittenen Anklagepunkten auf die Aussagen des Opfers, welche ungewöhnlich detailreich und kein Produkt der Fantasie seien. Y._ habe die deliktstypische Entwicklung der sexuellen Handlungen und die Steigerung der Ansprüche des Beschwerdeführers nachvollziehbar geschildert. Gleichzeitig würden sich in den Aussagen des Opfers auch wichtige inhaltliche Besonderheiten befinden. Eine weitere Bestätigung für die Glaubwürdigkeit sei die emotionale Beteiligung anlässlich der Videobefragungen und die Unsicherheiten, welche sie offengelegt habe. Anhaltspunkte für Falschbelastungen oder eine Neigung zu Übertreibungen und zusätzlichen Anschuldigungen seien nicht auszumachen. Die Schilderungen von Y._ würden zudem durch die MSN-Chat-Protokolle und SMS-Aufzeichnungen gestützt, aus welchen hervorgehe, dass der Beschwerdeführer sie regelmässig bedrängte. Für die Verifizierung des Wahrheitsgehalts zieht die Vorinstanz überdies die Aussagen von Drittpersonen heran. Die Aussagen des Beschwerdeführers hält die Vorinstanz dagegen für widersprüchlich. Auffallend beim Aussageverhalten des Beschwerdeführers sei, dass er die Geschehnisse auszublenden bzw. zu verdrängen versuche. Die Einschätzung des psychiatrischen Experten, dass sich der Beschwerdeführer aus Bequemlichkeit und zur eigenen Entlastung das Bild einer "freiwilligen Beziehung" zurechtgelegt habe, sei offensichtlich zutreffend. Dass in einer asymmetrischen Beziehung strukturelle Gewalt auch ohne physischen Zwang vorliegen könne, wolle er nicht begreifen.
2.4 Die umfangreichen Ausführungen der Vorinstanz zur Beweiswürdigung sind differenziert und nachvollziehbar. Der Beschwerdeführer setzt sich damit in keiner Weise auseinander, sondern beschränkt sich darauf, seine eigene Sicht der Dinge vorzutragen. Er macht geltend, die Vorinstanz stützte sich einzig auf die Aussagen von Y._. Niemand im Umfeld von Y._ habe Hinweise auf gewaltsame oder gegen ihren Willen erfolgte sexuelle Handlungen geben können. Auf entlastende Aussagen von Drittpersonen und die Ausführungen im psychiatrischen Gutachten sei nicht eingegangen worden. Eine derart allgemein gehaltene Kritik ist nicht geeignet, die vorinstanzliche Beweiswürdigung als schlechterdings unhaltbar erscheinen zu lassen. Die Sachverhaltsrügen des Beschwerdeführers erschöpfen sich in einer unzulässigen appellatorischen Kritik (vgl. Art. 106 Abs. 2 BGG). Darauf ist nicht einzutreten.
3. Der Beschwerdeführer macht geltend, sowohl erstinstanzlich als auch vor dem Obergericht sei es unterlassen worden, ein in solchen Verfahren übliches Glaubwürdigkeitsgutachten einzuholen.
3.1 Die Prüfung der Glaubhaftigkeit von Aussagen ist Teil der Beweiswürdigung und gehört damit zum Aufgabenbereich des Gerichts. Eine Glaubwürdigkeitsbegutachtung durch eine sachverständige Person drängt sich nur bei Vorliegen besonderer Umstände auf. Dies ist etwa der Fall, wenn schwer interpretierbare Äusserungen eines Kleinkinds zu beurteilen sind, bei Anzeichen ernsthafter geistiger Störungen, welche die Aussageehrlichkeit des Zeugen beeinträchtigen könnten, oder wenn Anhaltspunkte dafür bestehen, dass der Zeuge einer Beeinflussung durch Drittpersonen ausgesetzt ist (BGE 129 IV 179 E. 2.4; 128 I 81 E. 2; 118 Ia 28 E. 1c).
3.2 Der Beschwerdeführer beantragt die Einholung eines Glaubwürdigkeitsgutachtens erstmals im Verfahren vor dem Bundesgericht. Der Antrag erfolgt damit offensichtlich verspätet, weshalb darauf nicht einzutreten ist (Art. 99 Abs. 1 BGG). Anzumerken ist jedoch, dass Y._ im Zeitpunkt der Eröffnung des Strafverfahrens 16 Jahre alt war. Ihre Aussagen sind detailliert und klar. Anzeichen für eine eingeschränkte Aussagefähigkeit des Opfers sind nicht auszumachen. Für den Beizug eines Sachverständigen bestand daher grundsätzlich kein Anlass.
4. Der Beschwerdeführer beanstandet mit Bezug auf die Strafzumessung, die Vorinstanz habe anhand von sechs Urteilen geprüft, ob die erstinstanzlich ausgesprochene Freiheitsstrafe dem kantonalen Quervergleich standhalte. Die schliesslich auf sechs Jahre reduzierte Freiheitsstrafe sei im Vergleich zu den von der Vorinstanz zitierten Urteilen nach wie vor unangemessen und stossend.
4.1 Der Sachrichter verfügt bei der Strafzumessung über ein weites Ermessen. Die Strafrechtliche Abteilung des Bundesgerichts greift auf Beschwerde in Strafsachen hin nur ein, wenn die Vorinstanz den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn sie von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. durch Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat (vgl. BGE 134 IV 17 E. 2.1; 129 IV 6 E. 6.1; 127 IV 101 E. 2c).
4.2 Die Vorinstanz wertet das Verschulden des Beschwerdeführers als überdurchschnittlich hoch. Sie führt aus, der Beschwerdeführer habe die Rechtsgüter der sexuellen Entwicklung und sexuellen Freiheit von Y._ massiv gestört und verletzt. Negativ ins Gewicht falle, dass er als Ersatzvater seine Position schamlos ausgenutzt und in sexuellen Belangen richtiggehend über sie verfügt habe, wobei er seine Machtposition auch mit Drohungen und Schlägen unterstrichen habe. Der Beschwerdeführer habe rein egoistisch gehandelt, da es ihm um das Ausleben seines Sexualtriebes gegangen sei. Y._ sei für ihn schnell und praktisch jederzeit zur Verfügung gestanden und habe sich seinen Wünschen fügen müssen. Der über Jahre andauernde sexuelle Missbrauch sei keine Liebe gewesen. Er habe sie vielmehr als "Schlampe", "Nutte", "Dräckegi" und "Jodusau" beschimpft. Bedeutsam für das Verschulden sei auch das Mass an Entscheidungsfreiheit, welche beim Beschwerdeführer sehr gross gewesen sei. Eine verminderte Schuldfähigkeit habe nach dem psychiatrischen Gutachter nie bestanden. Die Vorstrafenlosigkeit wirke sich entlastend aus. Hingegen könne ihm sein Teilgeständnis nicht zugutegehalten werden, da es nicht als echte Reue oder Einsicht ausgelegt werden könne. Die Strafempfindlichkeit des Beschwerdeführers sei durchschnittlich. Die Vorinstanz erachtet unter Berücksichtigung der gesamten Umstände und den in vergleichbaren Fällen ausgesprochenen Sanktionen eine Freiheitsstrafe von 6 Jahren als angemessen.
4.3 Die Vorinstanz geht von den massgeblichen Strafzumessungskriterien aus. Gestützt auf ihre zutreffenden Ausführungen ist die Annahme eines sehr schweren Verschuldens nicht zu beanstanden. Die Freiheitsstrafe von 6 Jahren liegt zwar im oberen Bereich der von der Vorinstanz als Vergleich herangezogenen, mehrheitlich kantonalen Urteile. Sie erscheint jedoch, in Anbetracht des kindlichen Alters des Opfers, der über Jahre andauernden massiven sexuellen Übergriffe und der rein egoistischen Beweggründe des Beschwerdeführers, nicht als unhaltbar hart. Eine Ermessensüberschreitung ist zu verneinen.
5. Der Beschwerdeführer rügt, die Höhe der zugesprochenen Genugtuung sei angesichts seines Verschuldens und seiner Verhältnisse unangemessen.
5.1 Wer in seiner Persönlichkeit widerrechtlich verletzt wird, hat Anspruch auf Leistung einer Geldsumme, sofern die Schwere der Verletzung es rechtfertigt und diese nicht anders wiedergutgemacht worden ist (Art. 49 Abs. 1 OR). Die Genugtuung bezweckt den Ausgleich für erlittene immaterielle Unbill bzw. erlittenes Unrecht. Bemessungskriterien sind vor allem die Art und Schwere der Verletzung, die Intensität und Dauer der Auswirkungen auf die Persönlichkeit des Betroffenen, der Grad des Verschuldens des Haftpflichtigen, ein allfälliges Selbstverschulden des Geschädigten sowie die Aussicht auf Linderung des Schmerzes durch die Zahlung eines Geldbetrags (BGE 132 II 117 E. 2.2.2; 127 IV 215 E. 2a; 125 III 412 E. 2a). Dem kantonalen Richter steht bei der Festsetzung der Höhe der Genugtuung ein weiter Ermessensspielraum zu (Art. 4 ZGB). Das Bundesgericht schreitet nur ein, wenn der Sachrichter grundlos von den in Lehre und Rechtsprechung ermittelten Bemessungsgrundsätzen abgewichen ist, wenn er Tatsachen berücksichtigt hat, die für den Entscheid im Einzelfall keine Rolle spielen, oder wenn er andererseits Umstände ausser Betracht gelassen hat, die er in seinen Entscheid hätte mit einbeziehen müssen. Es greift ausserdem ein, wenn die zugesprochene Genugtuung offensichtlich unbillig bzw. in stossender Weise ungerecht ist (BGE 127 IV 215 E. 2a, mit Hinweis).
5.2 Die Genugtuung von Fr. 30'000.-- hält sich im Rahmen dessen, was für vergleichbare Beeinträchtigungen als bundesrechtskonform beurteilt wurde (vgl. Urteil des Bundesgerichts 6P.94/2006 vom 10. August 2006 E. 12.2.3). Der Beschwerdeführer verkennt, dass es sich bei der Genugtuung nicht um eine Strafe, sondern um einen Ausgleich für die erlittene seelische Beeinträchtigung des Opfers handelt. Eine Genugtuung kann in analoger Anwendung von Art. 43 Abs. 1 und Art. 44 Abs. 1 OR bei bloss geringem zivilrechtlichen Verschulden des Schuldners oder bei Mitverschulden des Opfers herabgesetzt werden (Roland Brehm, Berner Kommentar, 3. Aufl. 2006, N. 76 und 79 zu Art. 43 OR; Heinz Rey, Ausservertragliches Haftpflichtrecht, 4. Aufl. 2008, N. 495 S. 114; Franz Werro, La responsabilité civile, 2005, N. 1314 S. 335 und N. 1325 S. 338). Der Beschwerdeführer handelte vorsätzlich, während das Opfer kein Verschulden trifft. Es ist daher nicht ersichtlich, unter welchen Gesichtspunkten das Verschulden des Beschwerdeführers bei der Bemessung der Genugtuung zu seinen Gunsten hätte berücksichtigt werden können. Auch den prekären finanziellen Verhältnissen des Ersatzpflichtigen kann nach Art. 44 Abs. 2 OR höchstens Rechnung getragen werden, wenn der Schaden weder absichtlich noch grobfahrlässig verursacht wurde, was vorliegend nicht der Fall ist. Die Beschwerde erweist sich auch in diesem Punkt als unbegründet.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung des Beschwerdeführers ist infolge Aussichtslosigkeit der Beschwerde abzuweisen (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG). Bei diesem Ausgang des Verfahrens wird der Beschwerdeführer kostenpflichtig (Art. 66 Abs. 1 BGG). Seiner finanziellen Lage ist bei der Festsetzung der Gerichtskosten Rechnung zu tragen (Art. 65 Abs. 2 BGG).
Mit dem Entscheid in der Sache wird das Gesuch um aufschiebende Wirkung gegenstandslos.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege des Beschwerdeführers wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Bern, 3. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 13. November 2009
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Unseld