Faits:
A. La société immobilière E._ est propriétaire de la parcelle 128 de la commune de Genève-Petit-Saconnex. La fondation A._ détient les parcelles 129 à 132 de la même commune, F._ sur les parcelles 133 à 135 et G._ la parcelle 137. Ces sociétés sont toutes copropriétaires de la parcelle 136.
Ces terrains, situés en deuxième zone de construction, font partie d'un îlot, entouré par l'avenue Blanc, la rue Denjean, la rue de Lausanne et la rue du Valais et traversé en son centre, d'est en ouest par la rue Dentand et du nord au sud par la rue des Garages. De part et d'autre de la rue Dentand, au nord et au sud de l'îlot, se trouvent deux grands jardins surélevés, entourés de hauts murs et bordés par deux lignées de garages qui sont sis sur leur limite est, le long de la rue éponyme.
Des immeubles de sept étages sur rez, dont certains sont propriétés des sociétés prénommées, sont disposés autour de ces jardins. Sur la parcelle 137 sont construits dix-sept des garages précités et la parcelle 136 abrite le jardin sud de l'îlot.
B. Le 13 décembre 2006, la société B._ a requis du Département cantonal des constructions et des technologies de l'information (ci-après: le DCTI) la délivrance d'une autorisation de construire définitive portant sur la construction d'un immeuble de sept niveaux comprenant trente-cinq logements, d'un parking de cinquante places et d'une nouvelle chaufferie, à l'emplacement du jardin et des garages (parcelles 136 et 137). L'autorisation correspondante de démolir le local-citerne et les dix-sept garages existants, ainsi que celle d'abattre les arbres du jardin actuel, laissé à l'abandon, a été sollicitée par requête du même jour.
Le 9 janvier 2007, la commission d'architecture du canton de Genève a émis des doutes quant à l'opportunité de remplir, comme le faisait le projet, des espaces urbains aménagés à l'origine pour former des cours. Elle sollicitait, en conséquence, l'avis préalable de la commission cantonale des monuments, de la nature et des sites ainsi que celui de la commission d'urbanisme du Département cantonal du territoire (actuellement le Département de l'intérieur et de la mobilité).
Après s'être rendue sur place, la sous-commission architecture de la commission des monuments, de la nature et des sites a décerné un préavis défavorable le 20 février 2007. La commission d'urbanisme a aussi rendu un préavis défavorable le 22 février 2007. Le 23 mars 2007, la direction de l'aménagement du territoire a déclaré souscrire au préavis de la commission d'urbanisme et a décerné un préavis défavorable au projet. La commission d'architecture a rendu son préavis le 3 avril 2007 et s'est également montrée défavorable au projet; elle se ralliait aux conclusions de la commission et de la sous-commission précitées.
La Ville de Genève s'est opposée au projet dans son préavis du 27 février 2007.
La fondation I._ ainsi que la société d'art public, section genevoise du patrimoine suisse, se sont également montrées opposées au projet.
Le 12 septembre 2007, le domaine nature et paysage du DCTI a préavisé favorablement le projet sous réserve des conditions jointes à l'autorisation d'abattage des arbres.
Par décision du 6 décembre 2007, le DCTI a délivré à la société B._ l'autorisation demandée, ainsi que les autorisations de démolir et d'abattage des arbres, considérant que la construction respectait les exigences de la loi genevoise du 14 avril 1988 sur les constructions et installations diverses (ci-après: LCI).
C. La Ville de Genève ainsi que l'association C._ et D._ ont porté leur cause devant la commission cantonale de recours en matière de constructions (actuellement la commission cantonale de recours en matière administrative; ci-après: la commission de recours), qui, par décision du 14 avril 2008, a admis les recours et annulé les autorisations du DCTI du 6 décembre 2007.
D. Les sociétés A._ et B._ ainsi que le DCTI ont recouru auprès du Tribunal administratif du canton de Genève (ci-après: le Tribunal administratif) contre la décision précitée de la commission de recours.
Après avoir effectué un transport sur place en présence des parties et de la commission des monuments, de la nature et des sites et entendu en qualité de témoin l'architecte H._, le Tribunal administratif a rejeté les recours par arrêt du 6 octobre 2009. Il a considéré que le jardin et les garages sur lesquels devait s'implanter la construction projetée faisaient partie d'un ensemble digne d'être protégé au sens des art. 89 ss LCI. En substance, il résultait des préavis unanimes et nombreux émis par les autorités spécialisées en matière de protection du patrimoine, que les constructions sises sur le site procédaient d'une conception d'ensemble, basée sur un plan d'aménagement conçu par les architectes I._ et J._ en 1926, qui se caractérisait par une alternance de densité et d'espaces, avec des immeubles hauts et importants, disposés autour de squares ouverts et plantés, dotés d'une bonne exposition et d'une vue dégagée. Ce résultat était conforté par le fait que le périmètre concerné faisait partie de l'inventaire ISOS des sites construits à protéger en Suisse et que le jardin avait été répertorié lors du recensement ICOMOS des jardins et parcs historiques.
E. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du Tribunal administratif du 6 octobre 2009 et, statuant à nouveau, de rétablir l'autorisation définitive de construire du 6 décembre 2007. Subsidiairement, elle conclut au renvoi de la cause au Tribunal administratif pour nouvelle décision dans le sens des considérants. La recourante se plaint d'une constatation arbitraire des faits ainsi que d'une application arbitraire du droit cantonal.
Le Tribunal administratif s'en rapporte à justice quant à la recevabilité du recours et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt.
Le DCTI demande au Tribunal fédéral d'admettre le recours et de rétablir les autorisations de construire, de démolir ainsi que d'abattre les arbres du 6 décembre 2007. Le Département cantonal de l'intérieur et de la mobilité se réfère à la réponse et aux conclusions du DCTI.
La Ville de Genève conclut au rejet du recours. L'Association C._ ainsi que D._ concluent au rejet du recours dans la mesure où il est recevable.

Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision prise en dernière instance cantonale dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire et des constructions, le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public conformément aux <ref-law>, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée. La recourante a manifestement qualité pour recourir au sens de l'<ref-law> contre l'arrêt attaqué qui confirme l'annulation de l'autorisation de construire qui lui avait été octroyée par le DCTI. Au surplus, le mémoire ayant été déposé en temps utile (<ref-law>) et dans les formes prescrites par la loi (<ref-law>), il y a lieu d'entrer en matière.
2. La recourante se plaint tout d'abord d'une constatation arbitraire des faits, reprochant à la cour cantonale de n'avoir pas tenu compte de faits pertinents, régulièrement allégués et clairement établis.
2.1 Le Tribunal fédéral statue en principe sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>), sous réserve des cas prévus par l'<ref-law>. Quant au recourant, il ne peut critiquer la constatation de faits, susceptibles d'avoir une influence déterminante sur l'issue de la procédure, que si ceux-ci ont été établis de manière manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'<ref-law>, en particulier en violation de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 4.3 p. 62; Message concernant la révision totale de l'organisation judiciaire fédérale du 28 février 2001, FF 2001 p. 4135). Selon la jurisprudence, l'appréciation des preuves ou l'établissement des faits sont arbitraires (art. 9 Cst.; pour une définition de l'arbitraire cf. <ref-ruling> consid. 3.1 p. 265 s.; <ref-ruling> consid. 3.1 p. 153) lorsque l'autorité n'a manifestement pas compris le sens et la portée d'un moyen de preuve, si elle ne prend pas en compte, sans raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision ou lorsqu'elle tire des constatations insoutenables des éléments recueillis (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 9; <ref-ruling> consid. 2a p. 41).
2.2 La recourante fait valoir que les immeubles sis sur les parcelles 128 à 135, construits à côté du jardin suspendu occupant les parcelles 136 et 137, n'ont pas été conçus par l'architecte I._ mais par l'architecte K._ en 1931 et qu'ils n'ont pas non plus été bâtis sur la base du plan d'aménagement élaboré par I._ et J._ en 1926. En se fondant sur ce plan qui d'ailleurs n'existerait pas et en ignorant que les bâtiments ont été construits en 1931, soit 11 ans après la date de rupture sous-jacente à l'art. 89 LCI, le Tribunal administratif aurait omis de prendre en considération, sans aucune raison sérieuse, des éléments de preuve propres à modifier la décision finale.
En l'espèce, l'arrêt attaqué n'indique pas la date précise de la construction des bâtiments susmentionnés, cet élément n'étant pas à lui seul décisif pour juger si l'îlot constitue ou non un ensemble au sens de l'art. 89 LCI. De même, l'absence au dossier d'un plan d'aménagement formel élaboré par I._ et J._ en 1926 n'est pas déterminante à cet égard, le Tribunal administratif ayant retenu la valeur architecturale et urbanistique de l'ensemble des constructions en cause en fondant son appréciation sur d'autres éléments du dossier, notamment sur les préavis concordants des autorités cantonales spécialisées et l'audition du témoin H._. Les juges cantonaux n'ont par ailleurs pas ignoré l'intervention de K._ sur ces parcelles, puisqu'ils se réfèrent à cet architecte lorsqu'ils évoquent la construction des garages au sud de l'îlot. L'éventuelle correction ou complément de l'état de fait dans le sens de la recourante ne permettrait ainsi pas d'arriver à une autre solution. Par ailleurs, lorsque la recourante discute la portée du recensement ICOMOS du périmètre concerné ainsi que de l'inventaire fédéral ISOS, elle ne conteste pas l'établissement des faits mais soulève plutôt une question de droit que le Tribunal fédéral examine avec le fond.
Il résulte de ce qui précède que le Tribunal administratif a établi les faits de façon correcte et dans le respect des règles essentielles de procédure. Par conséquent, le Tribunal fédéral est lié par ceux-ci conformément à l'<ref-law> et le grief de la recourante doit être écarté.
3. Sur le fond, la recourante estime que l'arrêt attaqué repose sur une application arbitraire du droit cantonal des constructions.
Le Tribunal fédéral revoit l'interprétation et l'application du droit cantonal sous l'angle de l'arbitraire (cf. <ref-ruling> consid. 2.3 p. 466). Il ne s'écarte de la solution retenue que si celle-ci se révèle insoutenable, en contradiction manifeste avec la situation effective, ou si elle a été adoptée sans motifs objectifs et en violation d'un droit certain, ce qu'il appartient au recourant de démontrer par une argumentation qui réponde aux exigences de l'<ref-law> (cf. <ref-ruling> consid de 1.4.2 p. 254; <ref-ruling> consid. 2.1 p. 120 et les références). En revanche, si l'interprétation défendue par la cour cantonale ne s'avère pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, elle sera confirmée, même si une autre solution paraît également concevable, voire préférable (<ref-ruling> consid. 5.1 p. 17).
4. La recourante fait grief au Tribunal administratif d'avoir appliqué de façon arbitraire les art. 15 ainsi que 89 ss LCI régissant les ensembles protégés. Elle ne développe toutefois aucune motivation à l'appui de la violation alléguée de l'art. 15 LCI. D'ailleurs, le Tribunal administratif a rejeté le recours sans examiner si le projet respectait cette disposition (cf. consid. 14 p. 17 de l'arrêt attaqué). Insuffisamment motivé, le grief est donc irrecevable sur ce point.
La recourante conteste pour l'essentiel que l'îlot en question constitue un ensemble digne d'être protégé au sens de l'art. 89 LCI. D'après cette disposition, l'unité architecturale et urbanistique des ensembles du XIXe siècle et du début du XXe siècle situés en dehors des périmètres de protection de la Vieille-Ville et du secteur sud des anciennes fortifications (let. a) et du vieux Carouge (let. b), doit être préservée (al. 1). Sont considérés comme ensemble les groupes de 2 immeubles ou plus en ordre contigu, d'architecture identique ou analogue, ainsi que les immeubles séparés dont l'emplacement, le gabarit et le style ont été conçus dans le cadre d'une composition d'ensemble dans le quartier ou dans la rue (al. 2).
4.1 Selon la recourante, en appliquant les art. 89 ss LCI aux bâtiments qui entourent le jardin suspendu des parcelles 136 et 137 et qui ont été construits en 1931, le Tribunal administratif a manifestement violé la loi. Elle soutient que, selon une interprétation téléologique et historique de l'art. 89 LCI, cette disposition viserait à protéger des ensembles de style fazyste construits au XIXe siècle ainsi qu'au début du XXe siècle, mais ces derniers uniquement dans la mesure où ils perpétuent le mode de construire d'avant-guerre. Si la protection des ensembles du début du XXe siècle peut exceptionnellement s'étendre à des immeubles construits après 1920, elle n'a à l'évidence pas pour but la protection des ensembles édifiés dans les années 1930 selon un style et un mode de construire résolument différents.
Or, comme l'a d'ailleurs relevé la recourante, le législateur a renoncé à inscrire dans la loi la date de rupture de 1920, afin de garder une certaine souplesse dans son application. Il ressort en effet du mémorial des séances du Grand Conseil du 23 juin 1983 que la date limite de 1920 a été abandonnée car elle laissait de côté des immeubles éventuellement dignes de protection; en parlant de XIXe siècle et de début du XXe siècle, le législateur a ainsi entendu donner une définition suffisamment précise mais permettant de tenir compte des cas réellement intéressants qui peuvent être postérieurs à 1920 (Mémorial des séances du Grand Conseil du canton de Genève du 23 juin 1983, p. 2205 et 2207). Dans ces conditions, le Tribunal administratif pouvait, sans arbitraire, considérer que le fait qu'un ensemble de constructions soit postérieur à la période fazyste n'était pas un obstacle à l'application de l'art. 89 LCI.
4.2 La recourante prétend ensuite que, même si l'on devait retenir que les bâtiments sis sur les parcelles 128 à 135 constituent un ensemble au sens de l'art. 89 LCI, l'actuel jardin suspendu ou les garages des parcelles 136 et 137 n'en font manifestement pas partie. On ne saurait à son avis qualifier "d'architecture identique ou analogue" des bâtiments de plusieurs étages et le jardin avoisinant ainsi que les boxes de parking sur lesquels ce jardin est implanté.
Le Tribunal administratif a relevé que les constructions sises sur le site procédaient d'une conception d'ensemble, basée sur un plan d'aménagement conçu par les architectes I._ et J._ en 1926, qui se caractérisait par une alternance de densité et d'espaces, avec des immeubles hauts et importants, disposés autour de squares ouverts et plantés, dotés d'une bonne exposition et d'une vue dégagée; la double lignée des garages venait fermer ces espaces avec une ordonnance qui ne permettait pas de douter de leur appartenance à cet ensemble. Par ailleurs, les squares s'inscrivaient comme des dépendances des parcelles sur lesquelles s'implantaient les constructions en périphérie, formant un tout unitaire et indissociable. Des garages identiques à ceux alignés étaient disposés dans les angles des rues secondaires et attestaient encore de cette unité.
Il ne fait pas de doute, et la recourante ne le conteste pas, que les immeubles sis sur les parcelles 128 à 135 font partie d'une composition d'ensemble au sens de l'art. 89 LCI. Comme indiqué dans l'arrêt attaqué, cette qualification d'ensemble procède d'une volonté d'unité et d'harmonie dans la conception de l'espace aménagé, dont les différents éléments forment un tout projeté et cohérent, et ceci indépendamment de l'existence d'un plan d'aménagement formel. On ne voit dès lors pas pourquoi certains éléments urbanistiques du périmètre concerné, tels que le jardin et les garages, réalisés en même temps et suivant une même stratégie globale que les immeubles locatifs, devraient être exclus des mesures de protection. Au contraire, vu la disposition du site et l'imbrication étroite des structures, dissocier l'espace vert et les garages des bâtiments d'habitation proprement dit, comme le préconise la recourante, n'aurait pas de sens; ceci serait même en contradiction avec l'esprit de l'art. 89 LCI, qui vise aussi bien à conserver l'unité architecturale qu'urbanistique des ensembles, cette dernière qualité se rapportant plus particulièrement à l'implantation des immeubles et au caractère du quartier. Le Tribunal administratif n'est par conséquent pas tombé dans l'arbitraire en considérant que l'îlot en question constituait un ensemble au sens des art. 89 ss LCI, avec ses deux jardins suspendus et ses garages.
Puisque la construction projetée s'insère dans un ensemble visé par l'art. 89 LCI, le préavis de la commission des monuments, de la nature et des sites était requis en vertu de l'art. 93 LCI. Les considérations de la recourante sur le caractère consultatif de ce préavis, qui selon elle n'était pas obligatoire, sont dénuées de pertinence. Celle-ci ne fait en effet pas valoir que ce préavis serait entaché de vices ni que le Tribunal administratif aurait excédé ou abusé de son pouvoir d'appréciation, et serait tombé dans l'arbitraire, en s'y ralliant. De toute façon, comme elle le souligne, les juges cantonaux étaient libres de s'écarter ou de suivre ce préavis, lequel était d'ailleurs ratifié par la commission d'architecture et corroboré par les préavis de la commission d'urbanisme et de la direction de l'aménagement du territoire.
4.3 Subséquemment, la recourante objecte que, même à considérer les immeubles concernés y compris le jardin suspendu et les boxes de garage comme un ensemble au sens de l'art. 89 LCI, celui-ci ne serait pas digne de protection. Elle allègue que ces immeubles ne sont pas intégrés dans un plan de site et n'appartiennent pas à un périmètre protégé. Ils ne sont pas classés et ne figurent pas à l'inventaire.
Il est douteux que la motivation de la recourante sur ce point satisfasse aux exigences de l'<ref-law> (cf. consid. 3 ci-dessus). L'intéressée se contente en effet de discuter l'arrêt attaqué et de formuler des critiques de nature appellatoire, sans faire valoir en quoi l'application de la loi par la cour cantonale, ou la solution retenue, serait manifestement insoutenable. Quoi qu'il en soit, le grief est de toute façon mal fondé et doit être écarté.
Il ne ressort en effet aucunement des art. 89 ss LCI que, pour bénéficier de mesures de protection, les ensembles doivent être préalablement intégrés dans un plan de site ou appartenir à un périmètre protégé, ni que les immeubles doivent être classés ou figurer à l'inventaire. La reconnaissance de la qualité d'un ensemble protégé intervient au contraire au cas par cas. Ceci est du reste vérifié par l'art. 90 LCI, qui prévoit que le département compétent peut d'une part également ouvrir la procédure d'adoption d'un plan de site des ensembles considérés comme dignes de protection en application de la loi sur la protection des monuments, de la nature et des sites (al. 2) et que, d'autre part, il établit et publie sans tarder une liste indicative de ces ensembles (al. 3).
On ne voit au demeurant pas en quoi le raisonnement du Tribunal administratif serait constitutif d'arbitraire. Celui-ci a précisé qu'il observait une certaine retenue pour éviter de substituer sa propre appréciation à celle des commissions de préavis, pour autant que l'autorité inférieure suive l'avis de celles-ci. Or, dans le cas particulier, la commission de recours a annulé l'autorisation de construire accordée par le DCTI en se basant sur les préavis défavorables de la commission des monuments, de la nature et des sites, de la commission d'urbanisme, de la commission d'architecture, de la direction de l'aménagement du territoire ainsi que de la ville de Genève. Il ressort du dossier que ces préavis négatifs ont été confirmés par les oppositions de la fondation I._ et de la société d'art public, par l'audition du témoin H._, architecte, ainsi que par l'étude établie en vue de l'élaboration d'un plan de site rue des Garages du 20 juillet 2009. Dans ces conditions, c'est sans arbitraire que le Tribunal administratif, après s'être d'ailleurs rendu sur place, a confirmé l'appréciation de la commission de recours selon laquelle l'ensemble en cause était digne de protection au sens de l'art. 89 LCI.
En outre, la cour cantonale a précisé que ces résultats étaient confortés par le fait que le périmètre concerné faisait partie de l'inventaire ISOS des sites construits à protéger en Suisse et que le jardin avait été répertorié lors du recensement ICOMOS des jardins et parcs historiques. Ces éléments constituent effectivement des indices incontestables du caractère particulier et de la valeur de l'ensemble, sans qu'il soit nécessaire d'examiner la portée juridique de ces mesures en droit cantonal genevois. La cour cantonale pouvait en effet qualifier l'ensemble de digne de protection au sens de l'art. 89 LCI indépendamment de l'existence de l'inventaire ISOS et du recensement ICOMOS.
Par ailleurs, il importe peu que les autorités consultées lors de l'instruction de la demande d'autorisation de construire auraient déclaré rester ouvertes à l'examen de l'implantation d'un bâtiment de plus petite dimension à l'endroit en question, ceci n'étant pas susceptible de remettre en cause le caractère digne de protection de l'îlot.
4.4 Enfin, la recourante invoque le principe de la proportionnalité. Elle fait valoir qu'il existe un intérêt public prépondérant à la création de nouveaux logements en ville de Genève, que le projet s'intégrera bien dans le tissu urbain existant, se situera dans un jardin suspendu pour l'heure mal entretenu et préservera au surplus un espace vert important.
Comme l'a relevé à juste titre la cour cantonale, le projet litigieux bouleverse radicalement l'ordonnance des lieux; le jardin suspendu sis au sud de l'îlot disparaîtra presque complètement, ainsi que la lignée des garages qui le délimite. L'importance de la construction projetée apparaît inconciliable avec la protection instituée par les art. 89 ss LCI. L'intérêt public à la construction de logements ne saurait ainsi prendre le pas sur cette protection légale, sauf à vider de son sens les dispositions qui la consacrent. On peut au surplus souligner que le fait que le jardin suspendu soit actuellement dans un état d'abandon total résulte de la négligence des propriétaires de la parcelle - dont la recourante fait partie - et que cela ne peut en aucun cas justifier sa disparition. Au vu de ces éléments, il apparaît que le principe de la proportionnalité a été respecté.
5. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté dans la mesure de sa recevabilité. La recourante, qui succombe, doit supporter les frais judiciaires (art. 65 et 66 al. 1 LTF). Elle versa une indemnité de dépens aux intimées, à savoir l'Association C._ et D._, qui ont procédé avec l'assistance d'un avocat (art. 68 al. 1 et 2 LTF). Les Départements cantonaux ainsi que la Ville de Genève n'ont pas droit à des dépens (<ref-law>).

Le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure de sa recevabilité.
2. Les frais judiciaires, fixés à 4'000 fr., sont mis à la charge de la recourante.
3. La recourante versera aux intimées une indemnité de 3'000 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties et au Tribunal administratif du canton de Genève.
Lausanne, le 10 mars 2010
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Féraud Mabillard