Sachverhalt:
A. A.a Das Amtsgericht Solothurn-Lebern verurteilte Y._ am 13. Mai 2008 wegen mehrfacher Förderung der Prostitution, teilweise gemeinsam begangen mit X._, R._ und S._, mehrfachen Erleichterns des rechtswidrigen Aufenthalts mit Bereicherungsabsicht und mehrfacher Beschäftigung von Ausländern ohne Bewilligung zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 15 Monaten, einer Geldstrafe von 21 Tagessätzen zu Fr. 30.-- und einer Busse von Fr. 180.--. Von den Vorwürfen des mehrfachen und gewerbsmässigen Menschenhandels sprach es ihn frei.
A.b Auf Appellation der Staatsanwaltschaft hin sprach das Obergericht des Kantons Solothurn Y._ am 7. September 2009 wegen Menschenhandels hinsichtlich B._ und C._, gemeinsam begangen mit X._, schuldig. Vom Vorwurf des (gewerbsmässigen) Menschenhandels, evtl. des versuchten Menschenhandels hinsichtlich weiterer Personen sprach es ihn frei. Die Schuldsprüche wegen mehrfacher Förderung der Prostitution, mehrfachen Erleichterns des rechtswidrigen Aufenthalts mit Bereicherungsabsicht und mehrfacher Beschäftigung von Ausländern ohne Bewilligung erwuchsen unangefochten in Rechtskraft. Das Obergericht verurteilte Y._, als Zusatz zum Urteil des Amtsgerichts Olten-Gösgen vom 29. April 2008, zu einer Freiheitsstrafe von 15 Monaten und 10 Tagen, davon 4 Monate und 10 Tage bedingt, sowie zu einer Geldstrafe von 30 Tagessätzen zu Fr. 50.-- und einer Busse von Fr. 1'000.--.
B. Y._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, ihn vom Vorwurf des Menschenhandels freizusprechen und die Sache zur Ausfällung einer schuldangemessenen Strafe an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
C. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.
Erwägungen:
1. Der Verurteilung wegen Menschenhandels liegt folgende Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz zugrunde (angefochtener Entscheid S. 15 f. und 30 ff.):
Der Beschwerdeführer, X._ und R._ führten ab Sommer 2004 zusammen die Kontaktbar K._ in L._, wobei Letzterer eine eher untergeordnete Rolle spielte. Der Beschwerdeführer war namentlich für die Organisation der Frauen, welche im K._ als Prostituierte arbeiteten, verantwortlich. T._ betrieb das Hotel H._ in M._, welches ebenfalls Prostituierte, darunter die Rumäninnen B._ und C._, beschäftigte. U._ und V._ führten B._ und C._ im Auftrag von T._ vom 19.-22. Januar 2007 jeden Abend von ihrer Absteige im Hotel I._ in Biel ins K._ nach L._, wo sich diese zu den dort geltenden Bedingungen prostituierten. Die "Lieferung" der Frauen beruhte auf einer Abrede der Betreiber des K._ und des Hotels H._. Die Beteiligten entschieden über die Köpfe der betroffenen Frauen hinweg, dass diese zur Ausübung der Prostitution ins K._ verbracht werden sollten. B._ und C._ waren in einer Situation der Verletzlichkeit, da sie als illegale Aufenthalterinnen in der Schweiz ohne persönliche Bekannte und ohne Kenntnis der Sprache der Gruppe um T._ völlig ausgeliefert, mithin von ihr sozial abhängig waren. Eine wirksame Zustimmung zur Prostitution im K._ lag daher nicht vor. Die beiden Frauen wurden von U._ in die Schweiz gebracht und mussten T._ einen Teil ihres Verdienstes abgeben, wovon der Beschwerdeführer Kenntnis hatte. Der Beschwerdeführer bemühte sich aktiv um die Lieferung der Frauen und nahm deren Prostitution im vollen Wissen um die Hintergründe in Anspruch, um davon finanziell zu profitieren.
2. Des Menschenhandels macht sich u.a. strafbar, wer als Anbieter, Vermittler oder Abnehmer mit einem Menschen Handel treibt zum Zwecke der sexuellen Ausbeutung (Art. 182 Abs. 1 Satz 1 StGB). Nach der Rechtsprechung ist eine Einwilligung in die Tätigkeit als Prostituierte nicht wirksam, wenn sie auf eine Situation der Verletzlichkeit zurückzuführen ist. Diese kann in schwierigen wirtschaftlichen oder sozialen Umständen oder in einschränkenden persönlichen und/oder finanziellen Abhängigkeiten bestehen (BGE 129 IV 81 E. 3.1; 128 IV 117 E. 4a-c; je mit Hinweisen). Menschenhandel kann auch bei der Vermittlung von einem Etablissement in ein anderes vorliegen, dies insbesondere wenn Prostituierte mit illegalem Aufenthalt in der Schweiz in persönlicher und finanzieller Hinsicht von Zuhältern, Bordell- und Salonbetreibern abhängig sind, welche die Vermittlung unter Ausnutzung dieses Abhängigkeitsverhältnisses bewerkstelligen (BGE 129 IV 81 E. 3.1; 126 IV 225 E. 1d).
3. 3.1 Der Beschwerdeführer rügt Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung sowie eine Verletzung des Grundsatzes in dubio pro reo. Er macht im Wesentlichen geltend, die Vorinstanz sei ohne konkrete Beweise davon ausgegangen, B._ und C._ seien von T._ sozial abhängig gewesen (Beschwerde Ziff. 26). Die beiden Frauen seien nur wenige Tage vor dem 22. Januar 2007 in die Schweiz gekommen. Eine Verbindung oder direkte Kontakte zwischen diesen und T._ seien nicht nachweisbar (Beschwerde Ziff. 10, 14, 16 und 19). Über ihre sozialen Verhältnisse und persönlichen Bekanntschaften in der Schweiz könnten mangels einer Aussage der Frauen keine verlässlichen Angaben gemacht werden (Beschwerde Ziff. 11 und 18).
3.2 Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie willkürlich im Sinne von Art. 9 BV 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; BGE 134 IV 36 E. 1.4.1). Die Rüge der Willkür muss in der Beschwerdeschrift anhand des angefochtenen Entscheids präzise vorgebracht und begründet werden, ansonsten darauf nicht eingetreten wird (Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 134 II 244 E. 2.2).
Willkür bei der Beweiswürdigung liegt vor, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist oder mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht. Dass eine andere Lösung oder Würdigung ebenfalls vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre, genügt für die Annahme von Willkür nicht (BGE 134 I 140 E. 5.4 mit Hinweisen). Dem Grundsatz in dubio pro reo kommt als Beweiswürdigungsregel keine über das Willkürverbot von Art. 9 BV hinausgehende selbständige Bedeutung zu (BGE 127 I 38 E. 2a; 124 IV 86 E. 2a; je mit Hinweisen).
3.3 Die Vorinstanz führt aus, die Aussagen von B._ und C._ in der Voruntersuchung seien nicht verwertbar, da die Beschuldigten nie die Gelegenheit gehabt hätten, den beiden Frauen Ergänzungsfragen zu stellen. Ein Versuch, nach Ausschaffung der Frauen aus der Schweiz ihren Aufenthaltsort ausfindig zu machen, um eine Befragung in Anwesenheit der Beschuldigten auf dem Rechtshilfeweg veranlassen zu können, würde, ohne konkrete Aussichten auf Erfolg, Monate in Anspruch nehmen und sei mit dem Beschleunigungsgebot nicht vereinbar. Auf die den Beschwerdeführer belastenden Aussagen der Frauen zu ihren wirtschaftlichen Verhältnissen in Rumänien könne daher nicht abgestellt werden. Ohne genügenden Nachweis der konkreten wirtschaftlichen Situation der beiden Frauen könne nicht von einer sich daraus ergebenden Unwirksamkeit der Zustimmung zur Prostitution im K._ ausgegangen werden.
Die Vorinstanz hält indessen für erwiesen, dass die beiden Frauen der Gruppe um T._ ausgeliefert waren und dass die Beteiligten über die Köpfe der Frauen deren Lieferung ins K._ vereinbarten. Sie stützt sich hierfür auf die abgehörten Telefongespräche sowie die Aussagen des Beschwerdeführers, der weiteren Beschuldigten und einer anonymen Zeugin.
3.4 Aus den von der Vorinstanz wiedergegebenen Telefonüberwachungsprotokollen geht hervor, dass die beteiligten Bordellbetreiber über die Frauen wie über Objekte verfügten und deren Verbringung ins K._ anhand der Bedürfnisse ihrer Betriebe beschlossen. B._ und C._ wurden von Schleppern in die Schweiz gebracht, um im Hotel H._ als Prostituierte zu arbeiten. Dort bzw. im Hotel I._, einer Absteige für Frauen, die sich mehrheitlich im Hotel H._ prostituierten, wurden sie auch untergebracht. Unbestritten ist, dass sie sich erst seit wenigen Tagen in der Schweiz aufhielten, der Landessprachen nicht kundig waren und über keine Arbeits- und Aufenthaltsbewilligung verfügten. Nicht willkürlich ist daher die vorinstanzliche Feststellung, die Frauen seien der Gruppe um T._ ausgeliefert gewesen, und es sei ihnen unter diesen Umständen nicht möglich gewesen, sich gegen die beschlossene Weitervermittlung zur Wehr zu setzen. Da die Frauen erst seit sehr kurzer Zeit in der Schweiz waren, ist auch die Annahme, sie hätten hier keinen Bekanntenkreis gehabt und seien von der Gruppe um ihre Zuhälter und Schlepper auch sozial abhängig gewesen, nicht zu beanstanden. Was der Beschwerdeführer dagegen einwendet, vermag keine Willkür zu begründen.
Die Ausschaffung der beiden Frauen ohne vorgängige Konfrontation mit den Angeschuldigten, im Wissen darum, dass diese als Zeuginnen voraussichtlich für eine spätere Gegenüberstellung nicht mehr greifbar sein werden, wurde auch von der Vorinstanz zutreffend kritisiert (angefochtener Entscheid S. 37). Da indessen aufgrund der übrigen Beweise als erstellt zu gelten hat, dass die Frauen der Gruppe um T._ ausgeliefert und damit in ihrer freien Selbstbestimmung in Bezug auf ihre Prostitutionstätigkeit eingeschränkt waren, kann der Verfahrensfehler nicht zum Freispruch des Beschwerdeführers führen.
3.5 Was der Beschwerdeführer im Übrigen gegen die vorinstanzliche Beweiswürdigung vorbringt, erschöpft sich in einer unzulässigen appellatorischen Kritik. Er rügt beispielsweise, die Vorinstanz stelle blosse Mutmassungen an, wenn sie behaupte, zwischen den Betreibern des K._ und des Hotels H._ habe eine Abrede stattgefunden, und die Frauen seien im Auftrag von T._ ins K._ gebracht worden (Beschwerde Ziff. 16 und 20). Nicht zweifelsfrei erstellt sei, dass er von der Situation der Frauen Kenntnis gehabt habe, womit er den Vorsatz bestreite (Beschwerde Ziff. 24 und 25). Der Beschwerdeführer setzt sich mit den diesbezüglichen Erwägungen der Vorinstanz nicht auseinander und legt insbesondere nicht dar, inwiefern deren Beweiswürdigung offensichtlich falsch und damit willkürlich sein soll. Auf seine Vorbringen ist nicht einzutreten.
3.6 Der Beschwerdeführer wurde nicht mit der Begründung verurteilt, er habe seine Unschuld nicht nachgewiesen. Ebensowenig ergibt sich aus den Erwägungen der Vorinstanz, dass diese von der falschen Meinung ausging, der Beschwerdeführer habe seine Unschuld zu beweisen, und sie ihn verurteilte, weil ihm dieser Beweis misslang. Die vom Beschwerdeführer gerügte Verletzung des Grundsatzes in dubio pro reo als Beweislastregel (Beschwerde Ziff. 3 und 27) ist ebenfalls zu verneinen (vgl. BGE 127 I 38 E. 2a mit Hinweis).
4. 4.1 Der Beschwerdeführer beanstandet, die Vorinstanz habe seinen Antrag auf Befragung von B._ und C._ zu Unrecht abgewiesen. Damit habe sie seine Verteidigungsrechte nach Art. 29 Abs. 2 und Art. 32 Abs. 2 BV sowie Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK verletzt (Beschwerde Ziff. 3 und 13).
4. 4.1 Der Beschwerdeführer beanstandet, die Vorinstanz habe seinen Antrag auf Befragung von B._ und C._ zu Unrecht abgewiesen. Damit habe sie seine Verteidigungsrechte nach Art. 29 Abs. 2 und Art. 32 Abs. 2 BV sowie Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK verletzt (Beschwerde Ziff. 3 und 13).
4.2 4.2.1 Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK garantiert den Anspruch des Angeschuldigten, den Belastungszeugen Fragen zu stellen. Eine belastende Zeugenaussage ist grundsätzlich nur verwertbar, wenn der Beschuldigte wenigstens einmal während des Verfahrens angemessene und hinreichende Gelegenheit hatte, das Zeugnis in Zweifel zu ziehen und Fragen an den Belastungszeugen zu stellen. Dieser Anspruch wird als Konkretisierung des rechtlichen Gehörs (Art. 29 Abs. 2 BV) auch durch Art. 32 Abs. 2 BV gewährleistet. Damit die Verteidigungsrechte gewahrt sind, muss der Beschuldigte namentlich in der Lage sein, die Glaubhaftigkeit einer Aussage prüfen und den Beweiswert in kontradiktorischer Weise auf die Probe und in Frage stellen zu können (BGE 133 I 33 E. 2.2 und 3.1; 131 I 476 E. 2.2; je mit Hinweisen).
4.2.2 Die Vorinstanz geht richtigerweise davon aus, die belastenden Aussagen von B._ und C._ seien nicht verwertbar, da die Beschuldigten nie die Gelegenheit hatten, diesen Ergänzungsfragen zu stellen. Nachdem es zu keiner Verwertung der belastenden Aussagen der beiden Frauen kam, kann der Vorinstanz auch keine Verletzung des Anspruchs auf Konfrontation mit den Belastungszeugen nach Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK vorgeworfen werden.
4.2.2 Die Vorinstanz geht richtigerweise davon aus, die belastenden Aussagen von B._ und C._ seien nicht verwertbar, da die Beschuldigten nie die Gelegenheit hatten, diesen Ergänzungsfragen zu stellen. Nachdem es zu keiner Verwertung der belastenden Aussagen der beiden Frauen kam, kann der Vorinstanz auch keine Verletzung des Anspruchs auf Konfrontation mit den Belastungszeugen nach Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK vorgeworfen werden.
4.3 4.3.1 Der Anspruch auf Befragung von Entlastungszeugen ist, im Unterschied zum Anspruch, Belastungszeugen Fragen stellen zu können, lediglich relativer Natur. Der Richter hat nur solche Zeugen vorzuladen, die nach seiner Würdigung rechts- und entscheiderhebliche Aussagen machen können. Ein Verzicht auf die Befragung von weiteren Zeugen ist zulässig, wenn sich das Gericht aufgrund 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 (BGE 134 I 140 E. 5.3; 129 I 151 E. 3.1; je mit Hinweisen). Weder aus Art. 6 Ziff. 3 lit. d EMRK noch aus Art. 29 Abs. 2 BV oder Art. 32 Abs. 2 BV ergibt sich ein Anspruch, einen Entlastungszeugen zur Wiederholung einer bereits abgegebenen Aussage erneut einvernehmen zu können (Urteil des Bundesgerichts 6P.90/2002 vom 6. Februar 2003 E. 2.2).
4.3.2 Die Vorinstanz erwägt, die Bemühungen der Frauen, die Hintermänner ja nicht zu belasten, seien offensichtlich. Dies namentlich, soweit diese geltend gemacht hätten, sie seien selber in die Schweiz eingereist und hätten sich im K._ nach Arbeit erkundigt. Auf die entlastenden Aussagen von B._ und C._ könne nicht abgestellt werden, da diese völlig unglaubwürdig seien (angefochtener Entscheid S. 37). Damit bringt die Vorinstanz zum Ausdruck, dass eine erneute Befragung am Beweisergebnis nichts zu ändern vermöchte. Sie durfte den Antrag auf Einvernahme der beiden Frauen als Entlastungszeuginnen daher in antizipierter Beweiswürdigung abweisen, zumal deren Befragung mangels Kenntnis ihres Aufenthaltsortes innert nützlicher Frist auch nicht hätte durchgeführt werden können.
5. 5.1 Der Beschwerdeführer wendet ein, die Aussagen der anonymen Zeugin seien nicht verwertbar, da diese ihre früheren, in Verletzung von Verteidigungsrechten erfolgten Aussagen vor dem Amtsgericht nur pauschal bestätigt habe (Beschwerde Ziff. 11).
5.2 Die anonyme Zeugin wurde am 14. und 16. März 2007 von der Staatsanwaltschaft einvernommen. Am 6. Mai 2008 bestätigte sie, wenn auch zum Teil nur pauschal, ihre früheren Aussagen vor dem Amtsgericht, nachdem sie über ihr Zeugnisverweigerungsrecht, die Wahrheitspflicht und die Folgen eines falschen Zeugnisses aufgeklärt worden war. Der Beschwerdeführer und sein Vertreter waren anlässlich dieser Einvernahme anwesend und hatten Gelegenheit, Fragen an die Zeugin zu stellen. Gründe für eine Unverwertbarkeit der Zeugenaussage sind daher entgegen den Vorbringen des Beschwerdeführers nicht auszumachen.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung ist infolge Aussichtslosigkeit der Beschwerde abzuweisen (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG). Der finanziellen Lage des Beschwerdeführers ist bei der Festsetzung der 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. 800.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Solothurn, Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 26. März 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Unseld