Sachverhalt:
A. A.a Die X._ Ltd. (vormals Y._ Finance Ltd.) wurde am 15. Oktober 2002 in das Firmenregister von Guernsey (britische Kanalinseln) eingetragen. Dabei wurde das gesamte Aktienkapital von Fr. 50 Mio. von der am 21. Oktober 2002 in das Handelsregister des Kantons Zug eingetragenen Y._ Holding AG gezeichnet.
A.b Mit Veranlagungsverfügungen vom 13. Juni 2007 eröffnete die Steuerverwaltung des Kantons Zug der Y._ Holding AG die steuerbaren Faktoren für die Steuerperiode 2002 und 2003 und rechnete dabei der Y._ Holding AG die Steuerfaktoren der X._ Ltd. hinzu. Dagegen reichte die Y._ Holding AG am 12. Juli 2007 Einsprache ein mit dem Antrag, die X._ Ltd. sei steuerrechtlich als selbständige Gesellschaft mit Sitz in Guernsey anzuerkennen. In der Folge nahm die Steuerverwaltung die X._ Ltd. gestützt auf den Ort der tatsächlichen Verwaltung als selbständiges Steuersubjekt ins Steuerregister des Kantons Zug auf und sistierte die Veranlagungsverfahren betreffend die Y._ Holding AG bis zum Vorliegen eines rechtskräftigen Entscheides über die Steuerpflicht der X._ Ltd. in der Schweiz.
A.c Mit Veranlagungsverfügungen vom 28. Oktober 2008 (betreffend die Steuerperioden 2002 und 2003) bzw. 16./17. Juni 2010 (betreffend die Steuerperioden 2004 bis 2008) eröffnete die Steuerverwaltung der X._ Ltd. die definitiven Steuerfaktoren. Gegen diese Verfügungen erhob die X._ Ltd. jeweils fristgerecht Einsprache unter Bestreitung der Steuerpflicht in der Schweiz.
B. Mit separater (Feststellungs-)Verfügung vom 5. Juli 2011 stellte die kantonale Steuerverwaltung fest, dass die X._ Ltd. in den Steuerperioden 2002 bis 2008 infolge tatsächlicher Verwaltung am Sitz der Y._ Holding AG in Bezug auf die direkte Bundessteuer sowie die Kantons- und Gemeindesteuern der unbeschränkten Steuerpflicht in der Schweiz unterliege. Gleichzeitig hob die Steuerverwaltung die vorgenannten Veranlagungsverfügungen auf, um die steuerbaren Faktoren gegebenenfalls nach rechtskräftiger Festsetzung des Steuerdomizils der X._ Ltd. in der Schweiz neu festzusetzen.
Gegen diese Feststellungsverfügung liess die X._ Ltd. Einsprache erheben, die von der Rechtsmittelkommission der kantonalen Steuerverwaltung mit Einspracheentscheid vom 7. März 2012 abgewiesen wurde. Mit Urteil vom 27. September 2012 wies das Verwaltungsgericht des Kantons Zug, Abgaberechtliche Kammer, den von der X._ Ltd. gegen den Einspracheentscheid erhobenen Rekurs ab.
C. Mit Eingabe vom 31. Oktober 2012 erhebt die X._ Ltd. Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten. Sie beantragt, das Urteil des Verwaltungsgerichts des Kantons Zug vom 27. September 2012 "in Sachen Feststellungsverfügung betreffend unbeschränkter Steuerpflicht" sei aufzuheben, eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
Das Verwaltungsgericht und die Steuerverwaltung des Kantons Zug schliessen auf Abweisung der Beschwerde. Die Eidgenössische Steuerverwaltung beantragt in Bezug auf die direkte Bundessteuer die Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten sei; in Bezug auf die Kantonssteuern verzichtet sie auf eine Vernehmlassung. Die Beschwerdeführerin hält mit weiterer Eingabe vom 7. März 2013 an ihren Darlegungen fest.
Erwägungen:
1. 1.1 Die Vorinstanz hat ein einziges Urteil für die Kantonssteuer sowie für die direkte Bundessteuer erlassen, was zulässig ist, soweit die zu entscheidende Rechtsfrage im Bundesrecht und im harmonisierten kantonalen Recht gleich geregelt ist (BGE 135 II 260 E. 1.3.1 S. 262 f.). Unter diesen Umständen ist der Beschwerdeführerin nicht vorzuwerfen, nicht zwei getrennte Beschwerden eingereicht und keine getrennten Anträge gestellt zu haben; aus ihrer Eingabe geht deutlich hervor, dass sie beide Steuerarten betrifft (BGE 135 II 260 E. 1.3.3 S. 264; Urteil 2C_278/2012, 2C_279/2012 vom 1. Oktober 2012 E. 1.2). Das Bundesgericht hat für die Kantonssteuer (2C_1086/2012) und die direkte Bundessteuer (2C_1087/2012) getrennte Dossiers angelegt. Da beide Verfahren auf demselben Sachverhalt beruhen und sich dieselben Rechtsfragen stellen, sind die Verfahren zu vereinigen und die Beschwerde ist in einem einzigen Urteil zu erledigen (vgl. Art. 71 BGG in Verbindung mit Art. 24 BZP [SR 279]; BGE 131 V 59 E. 1 S. 60 f. mit Hinweis).
1.2 Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten ist gemäss Art. 82 ff. BGG in Verbindung mit Art. 146 des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die direkte Bundessteuer (DBG; SR 642.11) sowie Art. 73 des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die Harmonisierung der direkten Steuern der Kantone und Gemeinden (Steuerharmonisierungsgesetz, StHG; SR 642.14) zulässig. Die Beschwerdeführerin ist gestützt auf Art. 89 Abs. 1 BGG zur Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten legitimiert. Auf die frist- und formgerecht eingereichte Beschwerde ist grundsätzlich einzutreten (Art. 42 und 100 BGG).
1.3 Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann namentlich die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (Art. 95 BGG). Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (Art. 106 Abs. 1 BGG). Es ist daher weder an die in der Beschwerde geltend gemachten Argumente noch an die Erwägungen der Vorinstanz gebunden; es kann eine Beschwerde aus einem anderen als dem angerufenen Grund gutheissen, und es kann eine Beschwerde mit einer von der Argumentation der Vorinstanz abweichenden Begründung abweisen. Das Bundesgericht legt sodann seinem Urteil den von der Vorinstanz festgestellten Sachverhalt zugrunde (Art. 105 Abs. 1 BGG), es sei denn, dieser sei offensichtlich unrichtig oder beruhe auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG (Art. 105 Abs. 2 bzw. Art. 97 Abs. 1 BGG).
1.4 Gemäss Art. 42 Abs. 1 BGG hat die Rechtsschrift die Begehren und deren Begründung zu enthalten; im Rahmen der Begründung ist in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Entscheid Recht verletzt (Art. 42 Abs. 2 BGG). Die Vorbringen müssen sachbezogen sein, damit aus der Beschwerdeschrift ersichtlich ist, in welchen Punkten und weshalb der angefochtene Entscheid beanstandet wird.
1.5 Neue Tatsachen und Beweismittel dürfen nur soweit vorgebracht werden, als erst der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt (Art. 99 Abs. 1 BGG; vgl. BGE 135 I 143 E. 1.5 S. 146 f.).
2. 2.1 Gemäss Art. 50 DBG sind juristische Personen auf Grund persönlicher Zugehörigkeit steuerpflichtig, wenn sich ihr Sitz oder ihre tatsächliche Verwaltung in der Schweiz befindet. Diese Bestimmung unterstellt nicht nur juristische Personen schweizerischen Rechts der unbeschränkten Steuerpflicht; sie erfasst vielmehr auch jene ausländischen juristischen Personen, die ihre Verwaltung in der Schweiz haben. § 51 des Steuergesetzes [des Kantons Zug] vom 25. Mai 2000 (StG/ZG; BGS 632.1) enthält für die Kantonssteuern eine analoge Regelung, die Art. 20 Abs. 1 StHG entspricht.
2.2 Der Ort der tatsächlichen Verwaltung liegt praxisgemäss dort, wo eine Gesellschaft ihren wirtschaftlichen und tatsächlichen Mittelpunkt hat (BGE 54 I 301 E. 2 S. 308 ff.) bzw. wo die normalerweise am Sitz sich abspielende Geschäftsführung besorgt wird (BGE 50 I 100 E. 2 S. 103 f.). Massgebend ist somit die Führung der laufenden Geschäfte im Rahmen des Gesellschaftszweckes; bei mehreren Orten ist der Schwerpunkt der Geschäftsführung massgebend. Dabei ist es kaum denkbar, dass die tatsächliche Verwaltung im Auftragsverhältnis von Dritten ausgeübt wird (Urteil 2A.560/2002 vom 8. September 2003 E. 5.2.2, in: StR 59/2004 S. 40; PETER ATHANAS/GIUSEPPE GIGLIO, Kommentar zum schweizerischen Steuerrecht I/2a, Bundesgesetz über die direkte Bundessteuer [DBG], 2. Aufl. 2008, Art. 50 N. 10 ff. mit Hinweis auf Urteil 2A.196/2001 vom 13. Mai 2002). Diese ursprünglich im Wesentlichen zwecks Abgrenzung der Steuerhoheiten bei Konflikten zwischen den Kantonen entwickelte Praxis wendet das Bundesgericht auch für die Bestimmung der Steuerpflicht nach Art. 50 DBG an. Dabei grenzt es die Geschäftsleitung ab von der blossen administrativen Verwaltung einerseits und der Tätigkeit der obersten Gesellschaftsorgane anderseits, soweit sie sich auf die Ausübung der Kontrolle über die eigentliche Geschäftsleitung und gewisse Grundsatzentscheide beschränkt. Nicht entscheidend ist der Ort der Verwaltungsratssitzungen, der Generalversammlungen oder der Wohnsitz der Aktionäre (Urteil 2A.321/2003 vom 4. Dezember 2003 E. 3.1, in: ASA 75 S. 294; ATHANAS/GIGLIO, a.a.O., Art. 50 N. 12 ff.).
2.3 Strittig ist hier die Frage, ob die Vorinstanzen zu Recht davon ausgehen durften, die Beschwerdeführerin unterliege in den Steuerperioden 2002 bis 2008 infolge tatsächlicher Verwaltung am Sitz der Y._ Holding AG aufgrund persönlicher Zugehörigkeit der unbeschränkten Steuerpflicht in der Schweiz bzw. im Kanton Zug. Es gilt mithin zu klären, wo sich der Ort der tatsächlichen Verwaltung der Beschwerdeführerin in den hier zu beurteilenden Steuerperioden befand. Die Beschwerdeführerin stellt sich auf den Standpunkt, die tatsächliche Leitung und Verwaltung habe sich am statutarischen Sitz der Gesellschaft in Guernsey befunden. Die Vorinstanzen halten dagegen, der Ort der tatsächlichen Verwaltung habe zumindest bis 2008 in der Schweiz gelegen.
2.4 Das Verwaltungsgericht hat im angefochtenen Entscheid festgestellt, dass die Beschwerdeführerin gemäss Firmenzweck eine Investitionsgesellschaft darstelle. Als solche habe sie in den Jahren 2002 bis 2005 lediglich eine einzige Darlehensvergabe vorgenommen; dieses Darlehen über Fr. 35 Mio. entspreche exakt dem Betrag des von der Y._ Holding AG gezeichneten Aktienkapitals und sei der damaligen Y._ AG gewährt worden. In den Jahren 2006 bis 2008 seien weitere Darlehen ausschliesslich an Tochtergesellschaften der Y._ Holding AG gewährt worden. Die laufenden Geschäfte der Beschwerdeführerin erstreckten sich somit in den strittigen Steuerperioden lediglich darauf, das von der Y._ Holding AG bereitgestellte Gründungskapital in Form von Darlehen an Konzerngesellschaften weiterzuleiten. Die Beschwerdeführerin stelle damit eine klassische Zweckgesellschaft dar, die in den strittigen Steuerperioden rein administrative Tätigkeiten im ausschliesslichen Interesse der Y._ Holding AG ausgeübt habe. Der Entscheid für die jeweilige Darlehensvergabe sei nicht durch die Beschwerdeführerin in Guernsey, sondern abhängig von der Konzernleitung in der Schweiz erfolgt (vgl. angefochtener Entscheid E. 3b). Auch die infrastrukturellen (tiefer Mietzins der Geschäftsräumlichkeiten, geringe Telefonkosten) und personellen Verhältnisse (bloss zwei Teilzeitmitarbeiter mit tiefer Entlöhnung, Personalunion von drei Personen als Direktoren der Beschwerdeführerin bzw. der Y._ Holding AG) in Guernsey, machten deutlich, dass am Sitz der Beschwerdeführerin keine tatsächliche Verwaltung ausgeübt worden sei (vgl. angefochtener Entscheid E. 3c).
2.5 Was die Beschwerdeführerin dagegen vorbringt, vermag - sofern die Begründungsanforderungen (vgl. E. 1.4 hiervor) überhaupt erfüllt sind - nicht zu überzeugen.
2.5.1 Vorab gibt die Beschwerdeführerin an, die Verletzung von Bundesrecht und kantonalem Recht zu rügen. Aus der Beschwerdebegründung lässt sich sinngemäss entnehmen, dass eine Verletzung von Art. 50 DBG gerügt wird. Die Beschwerdeführerin schildert sodann bloss den Sachverhalt aus eigener Sicht. Sie rügt indessen nicht, die Vorinstanz habe den Sachverhalt offensichtlich unrichtig bzw. willkürlich festgestellt. In tatsächlicher Hinsicht ist somit auf die Feststellungen der Vorinstanz abzustellen (vgl. Art. 105 Abs. 1 und 2 i.V.m. Art. 106 Abs. 2 BGG).
2.5.2 Die Vorinstanz hat die bundesgerichtliche Praxis zur tatsächlichen Verwaltung einer juristischen Person in der Schweiz bzw. im Kanton Zug (vgl. E. 2.1 und 2.2 hiervor) zutreffend dargelegt und auch die richtigen Schlüsse daraus gezogen. So vermag die Beschwerdeführerin nicht aufzuzeigen, dass keine personelle oder finanzielle Abhängigkeit von der Y._ Holding AG bestanden haben soll. Aufgrund des für das Bundesgericht verbindlich festgestellten Sachverhalts ist diese Abhängigkeit evident. Zudem vermag die Beschwerdeführerin aus den Hinweisen auf die Strukturen im Jahr 2010 bzw. 2011 nichts zu ihren Gunsten ableiten: Beschwerdegegenstand bilden die Verhältnisse in den Jahren 2002 bis 2008. Ausführungen zur heutigen Situation sind deshalb für das vorliegende Verfahren nicht entscheidrelevant.
2.5.3 Entscheidend ist hier vielmehr der Umstand, dass es sich bei den in Guernsey vorgenommenen Handlungen aufgrund der von der Vorinstanz festgestellten und gewürdigten Indizien (vgl. E. 2.4 hiervor) um eine blosse administrative Verwaltungstätigkeit handelt; somit liegt der Schwerpunkt der Geschäftsführung, also die Führung der laufenden Geschäfte im Rahmes des Gesellschaftszweckes, nicht in Guernsey, sondern in der Schweiz. Was die Beschwerdeführerin dagegen einwendet, stimmt im Wesentlichen und teilweise wortwörtlich mit ihren Darlegungen in der Beschwerde an das Verwaltungsgericht überein. Eine Auseinandersetzung mit den Erwägungen der Vorinstanz findet folglich nicht statt, so dass insoweit die Anforderungen an die Beschwerdebegründung kaum erfüllt sind (vgl. E. 1.4 hiervor).
2.5.4 Was die Beschwerdeführerin weiter vorbringt, ist nicht geeignet, den angefochtenen Entscheid als bundesrechtswidrig erscheinen zu lassen. So kommt etwa - entgegen ihrer Auffassung - auch dem Ort der Verwaltungsratssitzungen, der Generalversammlungen oder dem Wohnsitz der Aktionäre keine entscheidende Bedeutung zu (vgl. E. 2.2 hiervor). Die Vorinstanz durfte damit ohne Weiteres schliessen, aus den vorliegenden Indizien ergebe sich, dass die jeweilige Darlehensvergabe und somit die tatsächliche Verwaltung der Beschwerdeführerin vom Sitz der Y._ Holding AG aus geleitet worden bzw. in deren Interesse erfolgt sei. Dafür sprechen nicht zuletzt auch die in Guernsey vorhandene schlanke Infrastruktur und die personellen Verhältnisse.
2.5.5 Weiter kann die Beschwerdeführerin auch aus dem Vergleich mit der Swisscom-Gruppe nichts zu ihren Gunsten ableiten. Zunächst bilden die Swisscom und ihre belgische Finanzierungsgesellschaft offensichtlich nicht Gegenstand des vorliegenden Beschwerdeverfahrens. Sodann liegen die Verhältnisse schon insofern anders, als die erwähnte Gesellschaft der Swisscom sich in den ersten Geschäftsjahren nicht darauf beschränkt hat, mittels eines einzigen Darlehens das gesamte Gründungskapital an eine Tochtergesellschaft der für die Liberierung zuständigen Holding AG weiterzugeben.
2.5.6 Die Beschwerdeführerin macht schliesslich sinngemäss erstmals geltend, sie verfüge allenfalls zum Kanton Zürich über stärkere steuerliche Anknüpfungspunkte als zum Kanton Zug. Da nicht erst der angefochtene Entscheid des Verwaltungsgerichts hierzu Anlass gegeben hat, erscheinen die in diesem Zusammenhang erfolgten Vorbringen der Beschwerdeführerin als unzulässiges Novum, das nicht berücksichtigt werden kann (Art. 99 Abs. 1 BGG; vgl. E. 1.5 hiervor).
3. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten erweist sich damit als unbegründet und ist abzuweisen.
Dem Verfahrensausgang entsprechend sind die Kosten des bundesgerichtlichen Verfahrens der Beschwerdeführerin aufzuerlegen (Art. 65 f. BGG). Es ist keine Parteientschädigung geschuldet (Art. 68 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Verfahren 2C_1086/2012 und 2C_1087/2012 werden vereinigt.
2. Die Beschwerde betreffend die direkte Bundessteuer (2C_1087/2012) wird abgewiesen.
3. Die Beschwerde betreffend die Kantonssteuer (2C_1086/2012) wird abgewiesen.
4. Die Gerichtskosten von total Fr. 20'000.-- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
5. Dieses Urteil wird der Beschwerdeführerin, der Steuerverwaltung und dem Verwaltungsgericht des Kantons Zug, Abgaberechtliche Kammer, sowie der Eidgenössischen Steuerverwaltung schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 16. Mai 2013
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Zünd
Der Gerichtsschreiber: Winiger