Sachverhalt:
A. In der Überbauung U._ war gemäss der Vermietungs- und Verkaufsdokumentation vom Dezember 1997 geplant, einen Lebensmittelladen sowie ein oder zwei Restaurants zu errichten. Das für den Lebensmittelladen vorgesehene Lokal wurde mit Vertrag vom 8. Dezember 1997 per 1. Oktober 1999 an die E._ AG vermietet, die es an ein Ehepaar untervermietete. Dieses führte in der Folge darin den Lebensmittelladen L._.
Bereits am 18./23. September 1997 hatten die A._ Pensionskasse, der B._ Verband und die D._ Immobilien AG (Vermieterinnen) mit der X._ AG (Mieterin) einen Vorvertrag abgeschlossen. Dieser sah vor, dass die Mieterin in Räumlichkeiten an der S._strasse ein Restaurant errichtet und dieses ab 1. Oktober 1999 gemäss einem definitiven Mietvertrag mietet. In der Folge wendete die Mieterin für die Einrichtung des Restaurants rund 3 Mio. Franken auf.
Nachdem die Mieterin im März 1998 erfahren hatte, dass die Vermieterinnen in der Überbauung U._ ein zweites Restaurant planten, fügten die Parteien im Mietvertrag vom 28. September 1998, der im Wesentlichen dem Vorvertrag entsprach, in Art. 7 folgende Konkurrenzklausel ein:
"Die Vermieterin verpflichtet sich, die mit weiteren Restaurant-Mietern der Wohn- und Gewerbeüberbauung U._ Areal B abgeschlossenen Mietverträge so auszugestalten, dass den jeweiligen Mietern folgende Nutzungseinschränkungen auferlegt werden:
Es ist untersagt:
ein Selbstbedienungsrestaurant zu führen;
Günstigangebote in der Art eines Schnellimbisses anzubieten;
Fertig- und Halbfertigprodukte, das heisst vakuum-verpackte Produkte, aus der eigenen Küche über die Gasse zu verkaufen;
Ein professionelles Catering zu betreiben, das heisst Catering mit Profiausrüstung und Werbetafel vor Ort.
Im Falle eines Verstosses gegen diese Nutzungsbeschränkungen hat die Mieterin die Vermieterin schriftlich zu mahnen. Sollte innert 10 Tagen keine Abhilfe geschaffen werden, bezahlt die Vermieterin der Mieterin eine Konventionalstrafe von Fr. 300.-- pro Übertretungstag, beginnend mit dem 10. Tag."
Die D._ Immobilien AG schied als Vermieterin aus, nachdem sie zwischen 1999 und 2002 ihre Eigentumsanteile an der Überbauung U._ an die anderen Vermieterinnen veräussert hatte.
Mit Schreiben vom 20. Oktober 2003 teilte die Mieterin den Vermieterinnen mit, seit Frühling 2002 habe sie markante Umsatzeinbussen festgestellt. Die lokale Gastrokonkurrenz habe sich durch Billiganbieter massiv verschärft. Sogar der Lebensmitteldetaillist L._ konkurrenziere durch den Verkauf von Snacks und Heissgetränken. Gestützt darauf sowie unter Hinweis auf die Tatsache, dass sich die Rahmenbedingungen im Umfeld vor Ort stark verändert hätten, ersuchte die Mieterin ab 1. November 2003 um eine Mietzinsreduktion von mindestens 25 %. Eine solche lehnten die Vermieterinnen am 7. Januar 2004 ab.
Im Schreiben vom 2. Februar 2004 verlangte die Mieterin unter Berufung auf die Konkurrenzierung durch den Lebensmittelladen L._ von den Vermieterinnen gestützt auf Art. 7 des Mietvertrages eine Konventionalstrafe von Fr. 300.-- pro Tag, sollte innert 10 Tagen keine Abhilfe geschaffen sein. Die Vermieterinnen wendeten im Schreiben vom 22. April 2004 ein, die Konkurrenzklausel komme nicht zur Anwendung, weil der Laden L._ kein Restaurant im Sinne dieser Klausel sei.
Per 1. Juli 2005 übertrug die E._ AG ihr Mietverhältnis mit Zustimmung der Vermieterschaft auf die bisherigen Untermieter, die seitdem den Lebensmittelladen unter der Bezeichnung LA._ weiterführten.
B. Nach gescheitertem Schlichtungsverfahren klagte die Mieterin (Klägerin) mit Eingabe vom 7. September 2005 beim Mietgericht Zürich gegen die beiden damaligen Vermieterinnen (Beklagte) mit den Begehren:
"1. Es seien die Mietzinsen seit dem 1. November 2003 und bis zu dem Tage herabzusetzen, an dem Vermieterin 1 und Vermieterin 2 Artikel 7 Mietvertrag vom 18. September 1998 (Konkurrenzklausel) verletzten, und zwar mindestens um CHF 300.00 je Werktag und für die Zeit bis zur Klageeinreichung mindestens um insgesamt Fr. 126'300.00.
2. Es seien Vermieterin 1 und Vermieterin 2 solidarisch zur Rückzahlung der zuviel bezahlten Mietzinse zuzüglich 5 % Zinsen seit Einreichung des Schlichtungsbegehrens vom 13. Mai 2005 zu verpflichten. Insoweit die Rückzahlungsansprüche verjährt sind, sei die Verrechenbarkeit festzustellen.
3. [...]"
Die Beklagte 1 (A._ Pensionskasse) übertrug ihren Miteigentumsanteil am 1. Februar 2007 auf die C._ Versicherungsgesellschaft, welche das Mietgericht daraufhin als Beklagte 3 ins Rubrum aufnahm.
Mit Beschluss und Urteil vom 28. Februar 2008 trat das Mietgericht auf das Rechtsbegehren in Ziffer 2 nicht ein und verpflichtete die Beklagten 1 und 2, der Klägerin unter solidarischer Haftung für die Zeit vom 13. Februar 2004 bis zum 31. Januar 2007 eine Konventionalstrafe von Fr. 213'657.-- zuzüglich Zins zu 5 % ab 5. August 2005 zu bezahlen. Weiter verpflichtete das Mietgericht die Beklagten 2 und 3, der Klägerin unter solidarischer Haftung für die Zeit vom 1. Februar 2007 bis zum 29. Februar 2008 eine Konventionalstrafe von Fr. 84'825.-- zuzüglich Zins zu 5 % ab 15. August 2007 zu bezahlen.
Auf Berufung der Beklagten hin bestätigte das Obergericht mit Beschluss vom 13. Juli 2009 den erstinstanzlichen Entscheid.
C. Die Beklagten (Beschwerdeführerinnen) erheben Beschwerde in Zivilsachen mit den Anträgen, den Beschluss des Obergerichts vom 13. Juli 2009 aufzuheben und die Klage abzuweisen oder eventuell die Sache zur Neuentscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
Die Klägerin (Beschwerdegegnerin) schliesst auf Abweisung der Beschwerde. Das Obergericht verzichtet auf eine Vernehmlassung.

Erwägungen:
1. 1.1 Gegenstand des Verfahrens bildet eine Zivilsache (<ref-law>). Die Rechtsbegehren der Beschwerdeführerinnen sind im kantonalen Verfahren nicht vollständig geschützt worden (<ref-law>), der massgebende Streitwert beträgt mehr als Fr. 15'000.-- (Art. 51 i.V.m. <ref-law>) und die Beschwerdefrist ist eingehalten (<ref-law>).
1.2 Weiter setzt die Beschwerde in Zivilsachen voraus, dass das angefochtene Urteil letztinstanzlich ist (<ref-law>). Der Beschluss des Obergerichts hätte mit kantonaler Nichtigkeitsbeschwerde nach <ref-law>/ZH beim Kassationsgericht des Kantons Zürich angefochten werden können, was die Beschwerdeführerinnen unterliessen. Der Beschluss des Obergerichts ist daher insoweit nicht kantonal letztinstanzlich, als er vom Kassationsgericht hätte überprüft werden können. Dies trifft auf Rügen der Verletzung von Art. 8, 9, 29 oder 30 BV oder von Art. 6 EMRK zu (<ref-law>/ZH; vgl. dazu <ref-ruling> E. 3.2 S. 586 f. mit Hinweisen). Die Letztinstanzlichkeit des angefochtenen Beschlusses ist daher bezüglich der Rüge der willkürlichen tatsächlichen Feststellungen (<ref-law>) zu verneinen. Dagegen ist die Letztinstanzlichkeit bezüglich der Rügen der Verletzung von Bundeszivilrecht zu bejahen, weil insoweit die Nichtigkeitsbeschwerde ausgeschlossen ist (vgl. Urteil 4A_398/2008 vom 18. Dezember 2008, E. 1.2.2).
2. 2.1 Der Inhalt eines Vertrags bestimmt sich in erster Linie durch subjektive Auslegung, das heisst nach dem übereinstimmenden wirklichen Parteiwillen (<ref-law>).
2.2 Das Obergericht kam mit dem Mietgericht zum Ergebnis, hinsichtlich der Frage, ob sich Art. 7 des Mietvertrages auch auf den Lebensmittelladen beziehe, habe kein tatsächlich übereinstimmender Parteiwille festgestellt werden können.
2.3 Die Beschwerdeführerinnen rügen in diesem Zusammenhang eine unzutreffende bzw. unvollständige und damit willkürliche Beweiswürdigung. Auf diese Rügen ist mangels Ausschöpfung des Instanzenzugs nicht einzutreten (vgl. E. 1.2 hiervor). Weiter bringen die Beschwerdeführerinnen vor, ihre Behauptung eines übereinstimmenden Parteiwillens sei nicht zum Beweis verstellt worden. Sie legen jedoch nicht dar, inwiefern ihr aus <ref-law> abgeleiteter Beweisführungsanspruch verletzt worden sein soll. Soweit sie eine Verletzung ihres rechtlichen Gehörs hätten rügen wollen, wäre die Rüge unzulässig (vgl. E. 1.2 hiervor).
3. 3.1 Kann ein übereinstimmender wirklicher Parteiwille nicht ermittelt werden, sind vertragliche Vereinbarungen nach dem Vertrauensprinzip so auszulegen, wie sie nach ihrem Wortlaut und Zusammenhang sowie den gesamten Umständen, die ihnen vorausgegangen und unter denen sie abgegeben worden sind, verstanden werden durften und mussten (<ref-ruling> E. 4 S. 27 f., mit weiteren Hinweisen). Dabei ist vom Wortlaut der Erklärungen auszugehen, welche jedoch nicht isoliert, sondern aus ihrem konkreten Sinngefüge heraus zu beurteilen sind (<ref-ruling> E. 3a). Selbst wenn der Wortlaut einer Vereinbarung auf den ersten Blick klar erscheint, kann nicht darauf abgestellt werden, wenn sich aus dem Zweck des Vertrages und den Umständen, unter denen er geschlossen wurde, ergibt, dass er den Sinn der Vereinbarung nicht exakt wiedergibt (<ref-ruling> E. 2.2.1 S. 67, mit Hinweisen). Demnach ist der vom Erklärenden verfolgte Regelungszweck, wie ihn der Erklärungsempfänger in guten Treuen verstehen durfte und musste, massgebend (<ref-ruling> E. 4 S. 28). Dabei ist zu berücksichtigen, was sachgerecht ist, weil nicht anzunehmen ist, die Parteien hätten eine unangemessene Lösung gewollt (<ref-ruling> E. 3a S. 424, mit Hinweisen). Nach der sogenannten Unklarheitsregel sind mehrdeutige Wendungen in vorformulierten Vertragsbedingungen im Zweifel zu Lasten jener Partei auszulegen, welche sie verfasst hat (<ref-ruling> E. 1b S. 158, mit Hinweisen).
3.2 Das Obergericht verweist bezüglich der Auslegung der Konkurrenzklausel nach dem Vertrauensprinzip im Wesentlichen auf die Erwägungen des Mietgerichts. Dieses führte insoweit zusammengefasst aus, gemäss ihrem ersten Satzteil beziehe sich die Klausel auf Restaurant-Mieter. Allgemein seien unter Restaurants Orte kommerzieller Gastlichkeit zu verstehen, die sich durch das Angebot einer Auswahl von Gerichten und die Ausstattung mit separaten Tischen und zum Teil auch Räumen für Gäste auszeichneten. Im zweiten Satzteil sei jedoch nicht bloss von Restaurant-Mietern, sondern in einer ausgedehnteren Weise von den "jeweiligen" Mietern die Rede. Aufgrund dieser uneinheitlichen Wortwahl stehe nicht eindeutig fest, ob sich die Konkurrenzklausel einzig auf Mieter von Restaurants im allgemeinen Sinne beziehe, oder ob auch andere Mieter darunterfallen könnten. Im zweiten Absatz der Klausel sei aufgeführt, was den jeweiligen bzw. den Restaurant-Mietern untersagt sei. Dieser Absatz konkretisiere demgemäss die im ersten Absatz verwendeten Begriffe. Jeder Mieter, der die im zweiten Absatz aufgeführten untersagten Nutzungen vornehme, müsse demnach als "jeweiliger" bzw. "Restaurant-Mieter" gemäss dem ersten Absatz gelten. Somit sei nicht nur auf den im Mietvertrag umschriebenen Verwendungszweck, sondern darüber hinaus auch auf das konkrete Angebot eines weiteren Mieters abzustellen. Bezüglich der Umstände des Vertragsschlusses sei zu berücksichtigen, dass die Verhandlungen über eine Konkurrenzklausel wegen der geplanten Vermietung von Lokalitäten an ein zweites Restaurant geführt worden seien. Die Beschwerdegegnerin habe dessen Betrieb akzeptiert, weil es im oberen Segment tätig war und sich insofern von ihrem Selbstbedienungsrestaurant abhob. Die Parteien hätten die Frage, ob der Laden L._ allenfalls das von der Beschwerdegegnerin betriebene Restaurant konkurrenzieren könnte, im Verlaufe der Vertragsverhandlungen weder thematisiert noch bedacht. Daraus könne jedoch nicht abgeleitet werden, die Konkurrenzklausel sei nicht auf den Vertrag mit dem Lebensmittelladen L._ anwendbar. Vielmehr sei gemäss dem Wortlaut der Klausel anzunehmen, diese schliesse zwar im unteren Segment nicht jede Konkurrenz aus, jedoch die Erbringung der im zweiten Absatz untersagten Leistungen durch Dritte. Der Lebensmittelladen L._ bzw. LA._ habe namentlich Lasagne, Wienerli im Teig und im Mikrowellenofen aufgewärmte Fertigmenus angeboten und damit Leistungen in der Art eines Schnellimbisses erbracht. Damit liege ein Verstoss gegen die Konkurrenzklausel vor.
3.3 Die Beschwerdeführerinnen machen geltend, das Vertrauensprinzip könne nur die Frage beantworten, ob das tatsächliche Verständnis einer Partei im Zeitpunkt des Vertragsschlusses zu schützen sei oder nicht. Da die Beschwerdegegnerin beim Vertragsschluss nur an die Konkurrenzierung durch ein weiteres Restaurant, nicht jedoch durch einen Lebensmittelladen gedacht habe, hätten die Vorinstanzen zum Schluss gelangen müssen, der Vertrag gebe bezüglich der Frage, ob auch eine Konkurrenzierung durch den Lebensmittelladen verpönt sei, keine Antwort. Diese Frage hätte daher höchstens gestützt auf eine Vertragsergänzung nach dem hypothetischen Parteiwillen, nicht jedoch gestützt auf eine Vertragsauslegung beantwortet werden dürfen.
3.4 Entgegen der Auffassung der Beschwerdeführerinnen können auch Konstellationen, an welche die Parteien bei Vertragsschluss nicht gedacht haben, deren möglichen Eintritt sie sich jedoch vorstellen konnten, vom Vertrag geregelt werden (vgl. <ref-ruling> E. 5b S. 308; KRAMER, Berner Kommentar, Bd. VI.1.1, 1985, N. 221 zu Art. 18). Ob dies zutrifft, ist mangels eines tatsächlich übereinstimmenden Parteiwillens durch die Auslegung des Vertrages nach dem Vertrauensprinzip zu beantworten. Erst wenn der Vertrag auch bei dieser Auslegung die sich stellende Frage nicht beantwortet, kann eine Vertragslücke angenommen werden, welche gemäss dem hypothetischen Vertragswillen geschlossen werden kann (<ref-ruling> E. 4 S. 487, mit Hinweisen).
3.5 Da die Vorinstanzen zum Ergebnis kamen, die umstrittene Frage werde durch den nach dem Vertrauensprinzip ausgelegten Vertrag beantwortet, haben sie zu Recht keine Vertragslücke angenommen.
4. 4.1 Weiter rügen die Beschwerdeführerinnen, die Vorinstanzen hätten bei der Vertragsauslegung das Vertrauensprinzip verletzt. Sie hätten nicht beachtet, dass Abs. 1 der Konkurrenzklausel einzig die Frage regle, wem etwas verboten sein soll, während Abs. 2 klarstelle, was bzw. welche Tätigkeiten untersagt sein sollen. Daher lasse sich aus Abs. 2 keine Ausdehnung über die in Abs. 1 enthaltene eindeutige Beschränkung auf "Restaurant-Mieter" hinaus ableiten. Der Ausdruck "jeweilige Mieter" sei lediglich eine Substitution für die zuvor erwähnten "Restaurant-Mieter", weshalb keine uneinheitliche Wortwahl vorliege. Der klare Inhalt des Begriffs "Restaurant-Mieter" erlaube es nicht, darunter auch Ladenmieter zu subsumieren. Hätten die Parteien das Konkurrenzverbot auf alle Mieter ausdehnen wollen, welche Leistungen gemäss Abs. 2 der Konkurrenzklausel anbieten, hätten sie keine Beschränkung auf Restaurant-Mieter vorgenommen, sondern allgemein von Mietern gesprochen. Zudem hätten die Vorinstanzen den Umstand, dass die geplante Einrichtung eines zweiten Restaurants Anlass für die Verhandlungen über die Konkurrenzklausel gewesen sei, als Indiz dafür qualifizieren müssen, dass die Parteien den Anwendungsbereich der Konkurrenzklausel auf das zweite Restaurant bzw. den entsprechenden Restaurant-Mieter beschränken wollten. Dies gelte um so mehr, als die Parteien bei den Vertragsverhandlungen über den Lebensmittelladen gesprochen hätten. Es sei notorisch, dass Lebensmittelläden durchwegs "Günstigangebote in der Art eines Schnellimbisses" wie Sandwiches, Birchermüesli, Joghurts, Fertigsalate (mit Sauce) und Wähen anbieten würden. Verbreitet seien auch gewärmte Speisen wie Schinkengipfel, Pouletschenkel, Pasta, Lasagne. Damit hätte der Lebensmittelladen beim Einbezug in die Konkurrenzklausel diese mit Sicherheit verletzt, was nicht sachgerecht sei. Eine Beschränkung auf das zweite Restaurant sei dagegen nicht unangemessen gewesen. Die Vorinstanzen hätten auch gegen die Auslegungsregel "in dubio mitius" verstossen, wonach im Zweifel anzunehmen sei, die Parteien hätten sich mit der geringeren Belastung begnügen wollen.
4.2 Das Bundesgericht prüft die objektivierte Auslegung von Willenserklärungen als Rechtsfrage frei, wobei es an die vorinstanzlichen Feststellungen über die äusseren Umstände sowie das Wissen und Wollen der Beteiligten grundsätzlich gebunden ist (<ref-ruling> E. 2.2.1 S. 67, mit Hinweisen).
4.3 Gemäss dem Wortlaut der Konkurrenzklausel bezieht sich die Verpflichtung der in Abs. 2 genannten Nutzungsbeschränkungen auf die jeweiligen Mieter weiterer Restaurants, worunter gemäss der vom Mietgericht genannten allgemeinen Definition Gaststätten zu verstehen sind, welche den Gästen neben verschiedenen Speisen auch Räumlichkeiten mit Tischen zur Verfügung stellen. Jedoch ist zu beachten, dass im zweiten Absatz der Klausel die untersagten Konkurrenzhandlungen spezifisch umschrieben werden und - abgesehen von der Führung eines Selbstbedienungsrestaurants - keine Räumlichkeiten mit Tischen voraussetzen. Dies zeigt, dass die Klausel vornehmlich die verpönten Tätigkeiten betrifft und es für die Beschwerdegegnerin keinen Unterscheid macht, ob die untersagten Konkurrenzhandlungen von einem Mieter mit oder ohne Restauranträumlichkeiten ausgehen. Der erkennbare Schutzzweck der Konkurrenzklausel verlangt daher, dass die im zweiten Absatz umschriebenen Konkurrenzhandlungen auch erfasst werden, wenn sie von Mietern ohne Restauranträumlichkeiten erbracht werden. Die Beschwerdegegnerin durfte sich daher darauf verlassen, dass die Beschwerdeführerinnen gegen alle Mieter einschreiten werde, welche in der Überbauung die untersagten Konkurrenzhandlungen vornehmen (vgl. <ref-ruling> E. 3c S. 438 und E. 3d S. 439). Daran vermag nichts zu ändern, dass die Planung eines weiteren Restaurants der Anlass für die Verhandlungen über die Konkurrenzklausel gab, denn deren erkennbarer Schutzzweck umfasste nicht bloss dieses Restaurant, sondern allgemein die im zweiten Absatz aufgezählten Konkurrenzhandlungen. Dies erscheint angemessen bzw. sachgerecht. Nur damit war ein für die Beschwerdegegnerin wirksamer Konkurrenzschutz gewährleistet. Daran waren auch die Beschwerdeführerinnen interessiert, damit sich ihre Mieter durch eine Aufteilung der verschiedenen Leistungsangebote nicht gegenseitig konkurrenzierten und in ihrer Existenz gefährdeten. Auch ist nicht ersichtlich, dass das Angebot eines Lebensmittelladens zwangsläufig "Günstigangebote in der Art eines Schnellimbisses" erfassen muss, da Lebensmittelläden in der Regel keine warmen Mahlzeiten anbieten, wie dies der Laden L._ bzw. LA._ tat. Selbst wenn von einem Zweifelsfall ausgegangen würde, käme die so genannte Unklarheitsregel nicht zur Anwendung, weil keine vorformulierte Vertragsbedingung zur Diskussion steht. Bei gewöhnlichen Vertragsbestimmungen kann nicht generell im Zweifel angenommen werden, eine Partei hätte sich mit einer geringeren Belastung der Gegenpartei begnügen wollen. Vielmehr ist diesfalls die Auslegung im Zweifel auf einen sachgerechten Ausgleich von Leistung und Gegenleistung auszurichten (vgl. Kramer, a.a.O., N. 48 zu <ref-law>; a.M. Jäggi/Gauch, Zürcher Kommentar, Bd. V 1b, 3. Aufl. 1980, N. 450 zu <ref-law>). Zusammenfassend ergibt sich, dass die Vorinstanzen bei der Auslegung der Konkurrenzklausel nicht gegen das Vertrauensprinzip verstossen haben.
5. Nach dem Gesagten ist die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Verfahrensausgang werden die Beschwerdeführerinnen unter solidarischer Haftung kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 und 5 sowie Art. 68 Abs. 2 und 4 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 6'500.-- werden den Beschwerdeführerinnen unter solidarischer Haftung auferlegt.
3. Die Beschwerdeführerinnen haben die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren unter solidarischer Haftung mit Fr. 7'500.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Zivilkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 26. Januar 2010
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Der Gerichtsschreiber:
Klett Gelzer