Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Aarau sprach X._ am 1. Oktober 2008 der versuchten Brandstiftung im Sinne von Art. 221 Abs. 1 StGB i.V.m. Art. 22 Abs. 1 StGB schuldig. Es verurteilte ihn zu einer bedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von 14 Monaten unter Anrechnung der Untersuchungshaft von 13 Tagen und bei einer Probezeit von vier Jahren (Dispositiv-Ziffern 1-4). Ausserdem widerrief es den mit Urteil des Bezirksamts Lenzburg vom 10. Januar 2003 und mit Urteil des Amtsgerichtspräsidiums Olten-Gösgen vom 22. Februar 2005 für je 30 Tage Freiheitsstrafe (recte: Gefängnis) gewährten bedingten Vollzug gemäss Art. 46 Abs. 1 StGB (Dispositiv-Ziffern 5 und 6).
B. Das Obergericht bestätigte das angefochtene Urteil am 23. Juni 2009 sowohl im Schuld- als auch im Strafpunkt, berichtigte von Amtes wegen das Dispositiv (Dispositiv-Ziffern 5 und 6) und wies die Berufung von X._ ab.
C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._ seine Freisprechung und eine Entschädigung für die Anwaltskosten sowie eine Genugtuung für die erstandene Untersuchungshaft. Eventualiter sei das angefochtene Urteil des Obergerichts des Kantons Aargau aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
D. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.
Erwägungen:
1. Am 4. April 2006 ging um 03.29 Uhr der automatische Brandalarm im Lokal des Vereins Y._ los. Die aufgebotene Feuerwehr fand im Vereinslokal kein Feuer vor, jedoch eine grössere Menge ausgeschütteten Benzins auf dem Boden. Beschädigungen an der Eingangstür zum Lokal wurden nicht festgestellt. Hingegen ergab die Auswertung einer DNA-Spur am Verschluss eines von dem oder den Tätern am Tatort zurückgelassenen Benzinkanisters eine Übereinstimmung mit dem DNA-Profil des Beschwerdeführers, welcher Mitinhaber des fraglichen Clublokals war. Die Vorinstanz ging deshalb sowie aufgrund von weiteren Indizien von der Täterschaft des Beschwerdeführers aus. Dieser wendet sich gegen diese Annahme. Er wirft der Vorinstanz vor, ihn unter Verletzung des Grundsatzes "in dubio pro reo" in seiner Funktion als Beweiswürdigungsregel verurteilt zu haben. Gestützt auf den kriminaltechnischen Bericht der Kantonspolizei vom 26. November 2007 zur Spurensicherung, insbesondere in Anbetracht der dazugehörigen Fotodokumentation, könne nicht mit genügender Sicherheit ausgeschlossen werden, dass es sich bei der sichergestellten DNA-Spur auf dem Kanisterverschluss um eine indirekte Kontamination handle. Ferner habe die Vorinstanz das rechtliche Gehör verletzt, indem sie auf weitere wissenschaftliche Abklärungen bzw. Testverfahren betreffend die geltend gemachte indirekte Kontamination des Kanisterdeckels mit dem DNA-Material des Beschwerdeführers verzichtet habe.
1.1 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. Inwiefern dieser Grundsatz verletzt sein soll, prüft das Bundesgericht nur unter dem Gesichtspunkt der Willkür, das heisst, es greift nur ein, wenn das Sachgericht die beschuldigte Person verurteilte, obgleich bei objektiver Würdigung des Beweisergebnisses offensichtlich erhebliche beziehungsweise schlechterdings nicht zu unterdrückende Zweifel an deren Schuld fortbestehen. Bloss abstrakte und theoretische Zweifel sind nicht massgebend, weil solche immer möglich sind und absolute Gewissheit nicht verlangt werden kann (BGE 127 I 38 E. 2a; 120 Ia 31 E. 2; Urteil des Bundesgerichts 6B_332/2009 vom 4. August 2009 E. 2.2).
1.2 Der Anspruch auf rechtliches Gehör gemäss Art. 29 Abs. 2 BV gebietet, dass das Gericht die Vorbringen der vom Entscheid in ihrer Rechtsstellung betroffenen Person hört, prüft und bei der Urteilsfindung berücksichtigt, soweit sie entscheiderheblich sind. Ein Verzicht auf die Abnahme von Beweisen ist zulässig, wenn sich das Gericht auf Grund der bereits erhobenen Beweise seine Überzeugung gebildet hat und ohne Willkür in vorweggenommener Beweiswürdigung annehmen kann, dass die abgelehnten Beweisanträge nichts an seiner Überzeugung zu ändern vermögen. Die Verfassungsgarantie steht einer antizipierten Beweiswürdigung nicht entgegen (BGE 134 I 140 E. 5.3).
1.3 Im Zentrum der vorinstanzlichen Beweiswürdigung stand die DNA-Spur des Beschwerdeführers. Die Vorinstanz ging davon aus, dass diese für seine Täterschaft spreche. Das DNA-Fingerprinting sei ein taugliches Mittel zur Täterfeststellung und der Beweiswert der Zuordnung sehr hoch. Zum Einwand der Verteidigung, eine indirekte Kontamination mit DNA-Material könne nicht ohne vernünftigen Zweifel ausgeschlossen werden, führte sie im angefochtenen Entscheid aus, dem Beschwerdeführer sei zwar darin recht zu geben, dass er sich als Mitinhaber des Lokals des Öftern im Bereich der Theke und damit dort aufgehalten habe, wo der Verschlussdeckel des Benzinkanisters sichergestellt worden sei. Aus dem kriminaltechnischen Bericht der Kantonspolizei vom 26. November 2007 ergebe sich jedoch insoweit, dass sich die Spurensicherung betreffend den Verschlussdeckel des Benzinkanisters ausschliesslich auf die Aussenseite bzw. seitliche Aussenwand des Deckels erstreckt habe. Die auf der Theke des Lokals gelegene Bodenseite des Verschlussdeckels habe der Experte gemäss seinen Ausführungen hingegen bewusst nicht abgerieben, um das Mitsichern von möglichen, von der Theke her stammenden Kontaminationsspuren zu verhindern. Zudem habe er, um die Gefahr einer Kontamination weiter zu minimieren, anlässlich der Tatbestandsaufnahme Einweg-Handschuhe angezogen. Vor diesem Hintergrund müsse davon ausgegangen werden, dass dem Experten bei der Spurensicherung kein Fehler unterlaufen sei und die DNA-Spur des Beschwerdeführers direkt an den Deckel des Benzinkanisters gelangt sei. Zweifel seien damit nur noch theoretischer Natur. Eine theoretisch entfernte Möglichkeit, dass der Sachverhalt anders sein könnte, rechtfertige keinen Freispruch. Bei objektiver Betrachtung des Beweisergebnisses sei deshalb davon auszugehen, dass der Beschwerdeführer am frühen Morgen des 4. April 2006 versucht habe, das Vereinslokal anzuzünden.
1.4 Die Beweiswürdigung der Vorinstanz ist ohne weiteres nachvollziehbar und der Beschwerdeführer bringt nichts vor, was geeignet wäre, sie ernsthaft zu erschüttern. Aus dem kriminaltechnischen Bericht vom 26. November 2007 ergibt sich, dass lediglich an der Aussenseite des Kanisterdeckels und nicht auch am Deckelboden Spurenmaterial gesichert wurde. Diese Massnahme wurde gemäss den Angaben des Experten eigens zur Vermeidung von Kontaminationen bei der Spurensicherung ergriffen. Die Ausführungen im kriminaltechnischen Bericht sind klar und unmissverständlich. Daran vermag auch das dem Bericht beigelegte Studienfoto, welches - in Abweichung vom Bericht - den ganzen Aussenbereich des Kanisterdeckels unter Einschluss des Deckelbodens als von der Spurensicherung betroffen markiert, nichts zu ändern. Die offensichtlich auf einem Versehen beruhende Markierung bzw. Einfärbung auf dem Studienfoto hat für sich keine selbständige Bedeutung und ist entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers jedenfalls nicht geeignet, die überzeugenden Ausführungen im Bericht in Frage zu stellen. Die Vorinstanz durfte deshalb willkürfrei ausschliessen, dass am Deckelboden Spurenmaterial gesichert wurde und es sich bei der auf der Aussenseite des Kanisterdeckels gesicherten DNA-Spur des Beschwerdeführers um eine indirekte Kontamination handelte. Die Beurteilung im angefochtenen Entscheid ist unter Willkürgesichtspunkten folglich nicht zu beanstanden. Damit steht die Unschuldsvermutung bzw. der Grundsatz "in dubio pro reo" einer Verurteilung des Beschwerdeführers gestützt auf die sichergestellte DNA-Spur als Hauptbeweismittel nicht entgegen. Das Vorbringen des Beschwerdeführers erweist sich als unbegründet. Unter diesen Umständen kann die Frage offen bleiben, ob es sich dabei nicht um ein unzulässiges Novum im Sinne von Art. 99 Abs. 1 BGG handelt.
1.5 Nichts anderes gilt, soweit der Beschwerdeführer eine Gehörsverletzung im Sinne von Art. 29 Abs. 2 BV rügt. Dass und inwiefern weitere wissenschaftliche Abklärungen bzw. Testverfahren zur Frage der indirekten Kontamination des Kanisterdeckels mit dem DNA-Material des Beschwerdeführers bzw. der Wahrscheinlichkeit einer solchen geeignet sein könnten, das vorinstanzliche Beweisergebnis zu erschüttern, ist nicht ersichtlich. Das Vorbringen zielt vielmehr an der Sache vorbei, zumal die Vorinstanz im Rahmen ihrer Beweiswürdigung gestützt auf die Ausführungen im kriminaltechnischen Bericht vom 26. November 2007 willkürfrei folgern durfte, dass die DNA-Spur des Beschwerdeführers direkt (und nicht indirekt) an die Aussenseite bzw. Aussenwand des Kanisterdeckels gelangt ist. Die Rüge der Verletzung des rechtlichen Gehörs erweist sich damit als unbegründet.
1.6 Die Anträge des Beschwerdeführer auf eine Entschädigung für die Anwaltskosten und eine Genugtuung für die erstandene Untersuchungshaft sind abzuweisen, da diese in der Beschwerde nur mit der Freisprechung begründet werden, es aber bei der Verurteilung des Beschwerdeführers bleibt.
2. Die Beschwerde ist abzuweisen. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Aargau, Strafgericht, 1. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 12. November 2009
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Arquint Hill