Sachverhalt:
A. X._ soll ab Mitte August 2003 (bzw. in einem Fall ab Anfang Januar 2003 und in einem weiteren ab August 2002) bis 10. November 2003 während seines Schulunterrichts als Werk- und Informatiklehrer insgesamt neun Schülern im Alter zwischen 12 und 16 Jahren mehrmals über den Kleidern an den Penis gegriffen haben. Überdies wird ihm der Besitz von zwei Videokassetten sowie von Büchern und Magazinen vorgeworfen, die sexuelle Handlungen mit Kindern, Nacktbilder von Knaben unter 16 Jahren sowie teilweise Abbildungen von sexuellen Handlungen solcher Kinder (untereinander) wiedergeben.
B. Das Kriminalgericht des Kantons Luzern verurteilte X._ wegen mehrfacher sexueller Handlungen mit Kindern nach <ref-law> und Pornographie nach <ref-law>. Vom Vorwurf der mehrfachen sexuellen Nötigung im Sinne von <ref-law> sprach es ihn frei. Es bestrafte ihn mit einer bedingt vollziehbaren Geldstrafe von 300 Tagessätzen zu Fr. 40.--, unter Anrechnung von 11 Tagessätzen für die ausgestandene Untersuchungshaft und bei einer Probezeit von zwei Jahren. Es verpflichtete X._ ferner zur Zahlung von Genugtuung an drei Opfer, auferlegte ihm die Verfahrenskosten und setzte die Kostennote des amtlichen Verteidigers auf Fr. 6'105.70 fest.
C. Auf Appellation des Verurteilten vom 11. Februar 2009 und Anschlussappellation der Staatsanwaltschaft vom 20. Februar 2009 hin sprach das Obergericht des Kantons Luzern X._ am 30. April 2009 schuldig der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern im Sinne von <ref-law> und der Pornographie im Sinne von <ref-law>. Hingegen sprach es ihn frei von den Vorwürfen der mehrfachen sexuellen Nötigung nach <ref-law> und der sexuellen Handlungen mit Kindern nach <ref-law> in Bezug auf D._. Es bestrafte X._ mit einer bedingt vollziehbaren Geldstrafe von 270 Tagessätzen zu Fr. 100.--, unter Anrechnung der ausgestandenen Untersuchungshaft und bei einer Probezeit von zwei Jahren. Das Obergericht bestätigte die erstinstanzliche Verpflichtung zur Genugtuungszahlung an die Opfer. Es auferlegte X._ die Verfahrenkosten und setzte die Kostennote des amtlichen Verteidigers für das Verfahren vor Kriminalgericht auf Fr. 7'905.70 und für das Appellationsverfahren auf Fr. 3'500.-- fest.
D. X._ wendet sich mit Beschwerde in Strafsachen an das Bundesgericht. Er beantragt die Aufhebung des angefochtenen Urteils, seine Freisprechung von den Vorwürfen der mehrfachen sexuellen Nötigung und der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern, seine Verurteilung wegen Besitzes von Pornographie, seine Bestrafung mit einer bedingt vollziehbaren Geldstrafe von einem Tagessatz zu Fr. 30.-- bei einer Probezeit von zwei Jahren sowie die Festsetzung der Entschädigung für die amtliche Verteidigung für das Verfahren vor Kriminalgericht auf Fr. 14'290.-- und für das Verfahren vor Obergericht auf Fr. 4'800.--. Eventuell sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht überdies um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
E. In seiner Vernehmlassung vom 23. September 2009 beantragt das Obergericht des Kantons Luzern die Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten sei. Die Staatsanwaltschaft des Kantons Luzern schloss am 6. Oktober 2009 auf Abweisung der Beschwerde.

Erwägungen:
1. Wer ein Rechtsmittel einlegen will, muss durch den angefochtenen Entscheid beschwert sein (<ref-ruling> E. 1a). Der Beschwerdeführer ist von der Anschuldigung der mehrfachen sexuellen Nötigung im Sinne von <ref-law> freigesprochen worden. Auf die Beschwerde ist daher, soweit er diesen Punkt vor Bundesgericht erneut zur Diskussion stellt und einen Freispruch verlangt, mangels Beschwer nicht einzutreten.
Ebenfalls nicht einzutreten ist auf die Beschwerde, soweit sie sich gegen die Festsetzung des Honorars für den amtlichen Verteidiger richtet. Denn der Beschwerdeführer hat kein eigenes Interesse daran, die für die amtliche Verteidigung im angefochtenen Entscheid festgesetzten Beträge für das erst- und das vorinstanzliche Verfahren als zu niedrig anzufechten, zumal eine Gutheissung der Beschwerde dazu führen könnte, dass sich die Ersatzpflicht des Beschwerdeführers gegenüber dem Kanton Luzern erhöhte (vgl. Ziff. 6.1, 6.2 und 6.3 des Urteilsdispositivs und die diesbezüglichen Bestimmungen der kantonalen Kostenverordnung (KoV/LU), vgl. angefochtenen Entscheid, S. 33 und 36 ). Er ist daher in diesem Punkt zur Beschwerde in Strafsachen nicht legitimiert. Der amtliche Verteidiger hätte vielmehr im eigenen Namen Beschwerde erheben müssen.
2. Nach dem Dafürhalten des Beschwerdeführers erfolgten seine Befragungen bei der Polizei unter Verletzung wesentlicher Verfahrensbestimmungen. Abgesehen davon, dass man ihm zu Unrecht verweigert habe, zu den polizeilichen Einvernahmen einen Verteidiger beizuziehen bzw. einen solchen daran teilnehmen zu lassen, sei er zu Beginn weder der ersten noch der weiteren Befragungen bei der Polizei über seine Rechte, insbesondere das Aussageverweigerungsrecht, belehrt worden. Damit sei nicht nur das kantonale Recht gemäss § 68 StPO/LU willkürlich angewandt, sondern seien auch seine verfassungsmässigen Rechte bzw. die ihm zustehenden Verteidigungsrechte im Sinne von <ref-law>, <ref-law>, <ref-law> sowie Art. 6 Ziff. 1 EMRK verletzt worden. Seine Befragungen bei der Polizei seien daher nicht verwertbar (Beschwerde, S. 5-9).
2.1 Der Beschwerdeführer wurde wegen Verdachts auf sexuelle Handlungen mit Kindern im Auftrag des Amtsstatthalters vorläufig festgenommen und am 11. November 2003 durch die Polizei befragt. Er wurde dabei über seine Rechte, insbesondere das Aussageverweigerungsrecht, nicht unterrichtet. Am 12. November 2003 wurde die polizeiliche Befragung vom Vortag um 09.15 Uhr fortgesetzt, erneut ohne entsprechende Belehrung des Beschwerdeführers. Kurz zuvor hatte der Beschwerdeführer jedoch die Gelegenheit, mit Strafverteidigern Kontakt aufzunehmen und einen Rechtsanwalt zu mandatieren. Dieser erteilte dem Beschwerdeführer den Rat, sämtliche Fragen der Polizei zu beantworten bzw. auszusagen. In der Folge wurde dem Beschwerdeführer gleichentags um 11.00 Uhr die Haft durch den Amtsstatthalter eröffnet. Er wurde dabei ausdrücklich auf seine Rechte, insbesondere dasjenige zu schweigen, aufmerksam gemacht. Die weiteren Befragungen durch die Polizei erfolgten am 13. und 21. November 2003, jeweils ohne dass ein bzw. der Verteidiger des Beschwerdeführers zugegen war. Die Einvernahmen durch den Amtsstatthalter inklusive Schlussverhör fanden am 19. Mai 2004 und 16. Februar 2005 im Beisein des (neuen) Verteidigers des Beschwerdeführers statt. Anlässlich jeder Einvernahme wurde er ausdrücklich über seine Rechte belehrt.
2.2 Zum Vorwurf, der Anwalt des Beschwerdeführers habe an den Befragungen bei der Polizei nicht teilnehmen können, ergibt sich was folgt:
2.2.1 Die Strafprozessordnung des Kantons Luzern sieht ein Teilnahmerecht des Anwalts oder der Anwältin bei untersuchungsrichterlichen Einvernahmen des Angeschuldigten (§ 68 Abs. 1 StPO/LU), nicht jedoch bei polizeilichen Befragungen vor. Diese Regelung stellt der Beschwerdeführer als solche nicht in Frage. Namentlich in Anbetracht dessen, dass die Befragungen bei der Polizei (zumindest teilweise) nach der Hafteröffnung durch den Amtsstatthalter stattfanden, macht er geltend, letztere gehörten nicht (mehr) zum Ermittlungsverfahren, sondern bildeten bereits Teil der Untersuchung, weshalb das Teilnahmerecht gemäss § 68 Abs. 1 StPO/LU zu beachten gewesen wäre. Wiewohl der Standpunkt des Beschwerdeführers Einiges für sich hat, erscheint die gegenteilige Auffassung der Vorinstanz nicht als schlechterdings unhaltbar. Dies insbesondere deshalb nicht, weil die Strafprozessordnung des Kantons Luzern eine klare Grenze zwischen polizeilichem Ermittlungsverfahren und Untersuchungsverfahren nicht kennt, es ein sicheres und einfach zu handhabendes Unterscheidungskriterium diesbezüglich nicht gibt und den Strafverfolgungsbehörden aus diesem Grund im konkreten Einzelfall ein verhältnismässig weiter Ermessensspielraum zusteht (vgl. dazu auch ROBERT HAUSER/ERHARD SCHWERI/KARL HARTMANN, Schweizerisches Strafprozessrecht, 6. Aufl., Basel 2005, § 75 Rz 33). Kommt vorliegend hinzu, dass die polizeilichen Befragungen auch nach der Hafteröffnung durch den Amtsstatthalter der Abklärung des deliktrelevanten Sachverhalts dienten und dieser seine nachfolgende Untersuchung nicht ausschliesslich auf die polizeilichen Ermittlungen abstellte, sondern auch eigene Untersuchungshandlungen vornahm. Durfte die Vorinstanz die Befragungen des Beschwerdeführers bei der Polizei aber noch als polizeiliche Ermittlungshandlungen qualifizieren, konnte sie auch ohne Willkür ein Recht auf anwaltschaftliche Teilnahme im Sinne von § 68 Abs. 1 Satz StPO/LU verneinen. Dies gilt umso mehr, als der Beschwerdeführer den Strafverfolgungsbehörden - auch nach Mandatierung eines Anwalts und letztlich erfolgter Aufklärung über seine Rechte - nie zu erkennen gab, sich nur in Anwesenheit seines Verteidigers äussern bzw. diesen dabei haben zu wollen (s.a. E. 2.3.2). Unter diesen Umständen kann weder von einer willkürlichen Anwendung des kantonalen Rechts gesprochen werden noch davon, dass der angefochtene Entscheid das rechtliche Gehör wegen unzureichender Begründung verletzt. Die vorinstanzlichen Ausführungen hierzu sind zwar sehr knapp, genügen aber den verfassungsrechtlichen Begründungsanforderungen.
2.2.2 Ebenso wenig statuieren die vom Beschwerdeführer angerufenen Verfassungs- und Konventionsbestimmungen, namentlich <ref-law> und <ref-law> sowie Art. 6 Abs. 1 EMRK, ein Recht auf Anwesenheit der Verteidigung an Einvernahmen im polizeilichen Ermittlungsverfahren (vgl. <ref-ruling> E. 4; NIKLAUS SCHMID, Strafprozessrecht, 4. Auflage, Zürich 2004, Rz. 494; ROBERT HAUSER/ERHARD SCHWERI/ KARL HARTMANN, a.a.O., § 76 Rz. 12; s.a. EGMR Nr. 363917/02, Urteil vom 27. November 2008 Salduz vs. Türkei, mit welchem der Gerichtshof "lediglich" seine bisherige Rechtsprechung betreffend das Recht auf Zugang zu einem Anwalt [access to a lawyer] im polizeilichen Ermittlungsverfahren präzisierte). Es ist somit auch insoweit keine verfassungswidrige Umgehung von Verteidigungsrechten zu erkennen.
2.2.3 Schliesslich kann der Beschwerdeführer auch nicht aus dem in Art. 159 Abs. 1 der künftigen Schweizerischen Strafprozessordnung vom 5. Oktober 2007 statuierten Recht auf Anwesenheit des Verteidigers bei den polizeilichen Einvernahmen etwas zu seinen Gunsten ableiten, entfaltet doch die noch nicht in Kraft getretene eidgenössische Strafprozessordnung keine Vorwirkung.
2.3 Zur Rüge, der Beschwerdeführer sei insbesondere in Verletzung von <ref-law> auf seine Rechte, namentlich das Aussageverweigerungsrecht, nicht hingewiesen worden, ist Folgendes festzuhalten:
2.3.1 Aus dem in Art. 31 und 32 BV sowie Art. 6 Ziff. 1 EMRK verankerten Anspruch auf ein faires Verfahren ergibt sich für die Strafverfolgungsbehörden die Pflicht, die beschuldigte Person wirksam, effektiv und frühzeitig, bei einer Festnahme unverzüglich, über ihre prozessualen Rechte zu unterrichten. Hierzu zählt nach der BV namentlich auch der Hinweis auf das Aussageverweigerungsrecht (vgl. <ref-ruling> E. 4.1; <ref-ruling> E. 2.3-2.5). Aufgrund des formellrechtlichen Charakters der Verfahrensgarantie von <ref-law> sind Aussagen, die die festgenommene Person in Unkenntnis des Schweigerechts macht, grundsätzlich nicht verwertbar. In Abwägung der entgegenstehenden Interessen können indessen trotz unterlassener Unterrichtung über das Aussageverweigerungsrecht die Einvernahmen ausnahmsweise verwertet werden, wenn hinreichend erwiesen ist, dass die festgenommene Person ihr Schweigerecht gekannt hat (BGE <ref-ruling> E. 3.2). Davon ist nach der Rechtsprechung auszugehen, wenn der Beschuldigte in Anwesenheit seines Anwalts angehört worden ist (BGE <ref-ruling> E. 3.2; Urteil des Bundesgerichts 1P. 399/2005 vom 8. Mai 2006 E. 2, je mit Hinweisen; vgl. auch Urteil des Bundesgerichts 6B_901/2008 vom 23. Februar 2009 E. 2.3).
2.3.2 Der Beschwerdeführer wurde anlässlich der ersten Befragung bei der Polizei vom 11. November 2003 über seine Rechte nicht aufgeklärt. Die Vorinstanzen haben seine diesbezüglichen Aussagen deshalb als nicht verwertbar eingestuft und darauf in der Folge nicht ab-gestellt (vgl. angefochtenen Entscheid, S. 7 mit Verweis auf die Erwägungen im erstinstanzlichen Urteil, S. 11). Am 12. November 2003 wurde die polizeiliche Befragung vom Vortag um 9.15 Uhr fortgesetzt, abermals ohne ausdrückliche Belehrung des Beschwerdeführers über seine Rechte. Die Vorinstanzen gehen insoweit allerdings davon aus, dass der Beschwerdeführer sein Schweigerecht aufgrund der vorgängig geführten Unterredung mit seinem damalig mandatieren Anwalt kannte, er davon jedoch keinen Gebrauch machte. Seine Aussagen könnten deshalb ab der zweiten polizeilichen Befragung vom 12. November 2003 verwendet werden (vgl. angefochtenen Entscheid, S.7 mit Verweis auf die Erwägungen im erstinstanzlichen Urteil, S. 12). Diese Auffassung ist im Lichte der bundesgerichtlichen Rechtsprechung nicht zu beanstanden. Aus den von den Vorinstanzen aufgeführten Umständen, insbesondere der Tatsache, dass der Anwalt dem Beschwerdeführer vor der weiteren Befragung durch die Polizei nachweislich empfahl, deren Fragen zu beantworten, lässt sich nämlich ohne weiteres ableiten, dass sich der Beschwerdeführer über sein Aussageverweigerungsrecht im Klaren war, zumal das Gespräch mit dem Anwalt offensichtlich gerade auch die Thematik "Aussagen-Nicht-Aussagen" beschlagen hatte. Im Übrigen wurde der Beschwerdeführer anlässlich der Hafteröffnung ausdrücklich über seine Rechte belehrt. Diese Belehrung wirkt entgegen seiner Auffassung auch für die anschliessend erfolgten polizeilichen Befragungen. Trotz dieser Belehrung hat sich der Beschwerdeführer weder auf sein Aussageverweigerungsrecht berufen noch sonstwie zu erkennen gegeben, nur in Anwesenheit seines Verteidigers aussagen zu wollen. Er hat sich vielmehr vorbehaltlos zur Sache geäussert. Unter diesen Umständen kann nicht davon gesprochen werden, der angefochtene Entscheid verletze die Konvention und/oder die Verfassung.
3. Im Weiteren beanstandet der Beschwerdeführer die Verwertung der Videobefragungen der Opfer. Er macht im Wesentlichen geltend, ihm und seinem Anwalt sei nicht die Gelegenheit gegeben worden, den ersten Videobefragungen beizuwohnen, wiewohl es sich dabei um Untersuchungshandlungen im Sinne von § 68 Abs. 1 StPO/LU gehandelt habe. Die Wiederholung der Videobefragung habe die ihm entstandenen Nachteile nicht aufzuwiegen bzw. den Verfahrensmangel nicht zu beheben vermocht. Denn die Aussagesituation sei - ein Jahr später - nicht mehr dieselbe. Die Videobefragungen der Jugendlichen seien daher bereits aus diesem Grund nicht verwertbar, ferner aber auch deshalb nicht, weil die Jugendlichen auf ihr generelles Aussageverweigerungsrecht (§ 91 Abs. 3 StPO/LU) nicht hingewiesen worden und ihre Aussagen deshalb ungültig seien (§ 99 Abs. 1 StPO/LU).
3.1 Gemäss § 68 Abs. 1 StPO/LU können Parteien und Anwälte den Untersuchungshandlungen beiwohnen, sofern der Untersuchungszweck dadurch nicht gefährdet wird. Die Strafprozessordnung des Kantons Luzern bestimmt dabei nicht, welche Folgen sich aus einer allfälligen Missachtung dieser Bestimmung ergeben. Wie sich dem angefochtenen Entscheid entnehmen lässt, bewirkt eine allfällige Verletzung von § 68 Abs. 1 StPO/LU nicht die Nichtigkeit der Untersuchungshandlungen. Ein durch die Missachtung der fraglichen Vorschrift verursachter Verfahrensmangel kann nach der Ansicht der Vorinstanz vielmehr durch eine erneute Vornahme der Einvernahmen unter Beachtung der Mitwirkungsrechte des Beschwerdeführers und seines Anwalts behoben werden. Wenn dies geschehe, seien die Aussagen beider Befragungen verwertbar. Der Beschwerdeführer und sein Anwalt konnten an der ersten Videobefragungen der Jugendlichen zwar nicht teilnehmen. Auf deren Antrag hin wurden die Opfer jedoch ein zweites Mal unter Zuhilfenahme einer Videoaufzeichnung befragt, wobei der Beschwerdeführer und sein Verteidiger diesen Befragungen in einem Nebenraum beiwohnten und den Jugendlichen uneingeschränkt Ergänzungsfragen stellen konnten. Vor diesem Hintergrund durfte die Vorinstanz den fraglichen Verfahrensmangel ohne Willkür als "geheilt" betrachten und die Aussagen der Jugendlichen aus beiden Einvernahmen als verwertbar deklarieren. Dies gilt umsomehr, als damit nach den zutreffenden vorinstanzlichen Erwägungen auch dem sich aus der Verfassung und der EMRK ergebenden Anspruch des Beschwerdeführers nachgelebt wurde, mindestens einmal während des Verfahrens bei der Einvernahme von ihn belastenden Personen - werden diese nun als Zeugen oder "blosse" Auskunftspersonen befragt - anwesend zu sein und Fragen stellen zu können (Urteil des Bundesgerichts vom 6. August 2009 6B_205/2009 mit Hinweis; <ref-ruling> E. 3.1 S. 41; <ref-ruling> E. 2 S. 129; <ref-ruling> E. 2.2 S. 480).
3.2 Nach § 91 Abs. 3 StPO/LU (vgl. auch Art. 7 Abs. 2 aOGH bzw. <ref-law>) ist die Auskunftsperson aufzufordern, wahrheitsgemäss auszusagen; sie ist darauf aufmerksam zu machen, dass sie die Aussage verweigern kann. Das Opfer kann zudem die Aussage auf Fragen verweigern, die seine Intimsphäre betreffen (§ 95 Abs. 1 Satz 2 StPO/LU). Dieses Aussageverweigerungsrecht will das Opfer und nicht den Täter schützen (NIKLAUS SCHMID, a.a.O., S. 224 N. 655; EVA WEISHAUPT, Die verfahrensrechtlichen Bestimmungen des Opferhilfegesetzes (OHG), Zürich 1998, S. 185 ff.). Sollte das Opfer nicht über seine Rechte belehrt worden sein, ist folglich ausschliesslich es (und nicht der Täter) beschwert und mithin legitimiert, dies zu rügen. Davon ging auch die Vorinstanz im angefochtenen Entscheid aus. Soweit der Beschwerdeführer die mangelnde Aufklärung der Opfer rügte, trat sie darauf deshalb zu Recht nicht ein. Im Übrigen findet die Behauptung des Beschwerdeführers in den Akten keine Stütze, dass die Jugendlichen über das ihnen als Auskunftspersonen zustehende allgemeine Auskunftsverweigerungsrecht gemäss § 91 Abs. 3 StPO/LU nicht belehrt worden seien (vgl. kantonale Akten, Videokassetten, erste Videobefragung insbesondere betreffend E._ oder F._). Der Beschwerdeführer räumt in der Beschwerde denn auch selber ein, die Jugendlichen seien darauf hingewiesen worden, dass sie auf Fragen, die "sie nicht beantworten möchten" und "die ihre Intimsphäre verletzten", keine Antwort geben müssten. Der Vorwurf der Aktenwidrigkeit stösst mithin ins Leere. Daran ändert nichts, dass die Jugendlichen nur anlässlich der ersten, nicht aber der zweiten Videobefragung über ihr (allgemeines) Aussageverweigerungsrecht belehrt wurden, zumal der entsprechende Hinweis nach richtiger Auffassung der Vorinstanz nicht bei jeder erneuten Befragung wiederholt zu werden braucht. Selbst wenn also auf die entsprechende Rüge der mangelnden Aufklärung der Opfer im vorinstanzlichen Verfahren einzutreten gewesen wäre, hätte sie - wie im angefochtenen Entscheid zutreffend ausgeführt wird - abgewiesen werden müssen. Davon, dass die Vorinstanz das kantonale Recht willkürlich angewandt haben sollte, kann deshalb keine Rede sein.
4. Der Beschwerdeführer beklagt sich darüber, dass seine Anträge auf Einholung eines aussagepsychologischen Gutachtens über die Opfer sowie auf Zeugenbefragung von Mitschülern und Mitschülerinnen der Opfer abgewiesen wurden. Er erblickt darin eine Verletzung des rechtlichen Gehörs im Sinne von <ref-law> und des Willkürverbots im Sinne von <ref-law>.
4.1 Der Anspruch auf rechtliches Gehör gemäss <ref-law> 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 (<ref-ruling> E. 3.1 mit Hinweis). 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 (<ref-ruling> E. 5.3).
4.2 4.2.1 Nach der Rechtsprechung drängt sich eine Glaubwürdigkeitsbegutachtung durch eine sachverständige Person in der Regel sachlich erst auf, wenn das Gericht aufgrund besonderer Umstände auf zusätzliches medizinisches oder psychologisches Fachwissen angewiesen ist. Dies ist etwa der Fall, wenn Anzeichen bestehen, dass die betreffende Person wegen einer ernsthaften geistigen Störung, Drogensucht oder sonstiger Umstände in ihrer Wahrnehmungs-, Erinnerungs- oder Wiedergabefähigkeit beeinträchtigt und zur wahrheitsgemässen Aussage nicht fähig oder nicht willens sein könnte. Dem Gericht steht bei der Beantwortung der Frage, ob aufgrund der konkreten Umstände des Einzelfalles der Beizug eines Sachverständigen zur Glaubwürdigkeitsbegutachtung notwendig ist oder nicht, ein Ermessensspielraum zu (<ref-ruling> E. 4; <ref-ruling> E. 2.4).
4.2.2 Vorliegend sind keine Gründe gegeben, die die Einholung eines Glaubwürdigkeitsgutachtens notwendig machen könnten. Die Vorinstanz setzte sich mit dieser Problematik im angefochtenen Entscheid eingehend auseinander. Sie befasste sich mit sämtlichen Argumenten, die nach der Ansicht des Beschwerdeführers für eine Begutachtung der Opfer sprachen bzw. heute noch sprechen, und verwarf diese mit überzeugender Begründung. So zeigte sie insbesondere auf, dass keine Anzeichen dafür beständen, dass alle oder einzelne Knaben in ihrer Wahrnehmungs- oder Wiedergabefähigkeit beeinträchtigt oder - wie der Beschwerdeführer andeutete bzw. vor Bundesgericht erneut andeutet - als Schüler einer Werk- bzw. Kleinklasse intellektuell oder kognitiv überfordert gewesen sein sollten, den weder komplizierten noch komplexen Sachverhalt korrekt wahrzunehmen und wiederzugeben. In diesem Zusammenhang ist mit der Vorinstanz denn auch festzuhalten, dass die Jugendlichen auf die ihnen gestellten Fragen kohärent, klar und schlüssig antworteten (vgl. angefochtenen Entscheid, S. 9). Mit der gleichen Ausführlichkeit nahm die Vorinstanz zu der vom Beschwerdeführer in den Raum gestellten Verschwörungstheorie und zur These eines Komplotts der neun Schüler gegen ihren Lehrer Stellung und verwarf diese unter Würdigung aller relevanten Umstände in nachvollziehbarer Weise als nicht stichhaltig. Ebenso schloss die Vorinstanz die geltend gemachte Beeinflussung der Jugendlichen durch Dritte, insbesondere durch die Öffentlichkeit bzw. die Medien oder die Eltern, in Abwägung aller Für und Wider gestützt auf sachliche Gründe aus. Vor diesem Hintergrund konnte die Vorinstanz entgegen der Ansicht des Beschwerdeführers in willkürfreier antizipierter Beweiswürdigung mangels entsprechender Anhaltspunkte auf die Einholung eines Glaubwürdigkeitsgutachtens über die Opfer verzichten.
4.3 Gleiches gilt für den Antrag des Beschwerdeführers auf Befragung von Mitschülern und Mitschülerinnen der Opfer als Zeugen. Die Vorinstanz wies diesen Beweisantrag mangels Beweistauglichkeit ab. Dies zu Recht. Würden die Mitschüler oder Mitschülerinnen nämlich aussagen, von den Übergriffen nichts mitbekommen bzw. diese nicht gesehen zu haben, könnte daraus nicht geschlossen werden, die Übergriffe hätten nicht stattgefunden. Sollten sie die Aussagen der Opfer aber bestätigen, ergäben sich daraus keine Erkenntnisse, die über das bereits Bekannte hinausgingen bzw. die Schilderungen der Opfer in einem neuen Licht erscheinen liessen. Was der Beschwerdeführer dagegen einwendet, basiert auf reinen Spekulationen, die - selbst wenn sie zuträfen - am Beweisergebnis nichts zu ändern vermöchten. Die Vorinstanz durfte daher ohne Willkür und damit auch ohne Gehörsverweigerung davon ausgehen, dass der rechtlich massgebliche Sachverhalt erstellt und weitere Beweiserhebungen entbehrlich sind.
5. 5.1 Nach der Ansicht des Beschwerdeführers erfolgten die Befragungen der Jugendlichen nicht lege artis (Beeinflussung, suggestiv angelegte Fragen, Einvernahmen zum Teil in Anwesenheit von Angehörigen). Das sei von der Vorinstanz weder geprüft noch gewürdigt worden. Eine solche Beweiswürdigung sei willkürlich (<ref-law>) und verletze das rechtliche Gehör (<ref-law>).
5.2 Die Rügen sind abzuweisen. Dem angefochtenen Entscheid ist zu entnehmen, dass acht der neun betroffenen Knaben den Beschwerdeführer bereits am Morgen des 10. November 2003 der sexuellen Übergriffe bezichtigten, das heisst zu einem Zeitpunkt, als weder die Öffentlichkeit noch die Eltern der Schüler von diesen Vorwürfen wussten (vgl. angefochtenen Entscheid, S. 18 mit Hinweis auf die kantonalen Akten). Weiter ergibt sich daraus, dass jeder einzelne der neun betroffenen Knaben zwischen dem 13. und 25. November 2003 einer ersten und ein Jahr später, zwischen dem 18. und 26. November 2004, einer zweiten Videobefragung unterzogen wurde (vgl. angefochtener Entscheid, S. 18 mit Hinweis auf die kantonalen Akten). Nach den Feststellungen der Vorinstanz finden sich dabei keinerlei Anhaltspunkte, die eine Beeinflussung der Knaben durch Dritte nahelegten, insbesondere weder durch die zwischenzeitlich erfolgte Berichterstattung in den Medien noch durch die Gespräche mit den Eltern (vgl. angefochtener Entscheid, S. 19, 20, 22). Soweit der Beschwerdeführer die vorinstanzlichen Feststellungen insoweit überhaupt anficht, tut er es nicht einer den Begründungsanforderungen genügenden Weise (vgl. Beschwerde, S. 15 Ziff. 65). Darauf ist nicht einzutreten. Entgegen seiner Behauptung bestehen sodann auch keine konkreten Hinweise dafür, dass die Aussagen der Opfer durch suggestive Befragungstechniken eines von der Schuld des Beschwerdeführers überzeugten Polizeibeamten zustandegekommen sein sollen. Einzuräumen ist zwar, dass die einleitenden Bemerkungen bzw. Fragen des einvernehmenden Polizisten im Rahmen einzelner Videobefragungen nicht als optimal bezeichnet werden können (vgl. kantonale Akten der Staatsanwaltschaft, Wortprotokolle der Videobefragungen, Fask. 2, Beil. 4, Beil. 12). Von suggestiv angelegten Fragestellungen und einer offensichtlichen "Voreinstellung" des die Opfer befragenden Polizeibeamten kann jedoch nicht die Rede sein. Vielmehr ging es diesem erkennbar darum, den betroffenen Kindern den Einstieg in ein für sie nicht unheikles und eventuell mit Scham verbundenes Thema zu erleichtern, was sich auch daran zeigt, dass die Jugendlichen nach anfänglichen Hemmungen über das Vorgefallene auch spontan zu berichten vermochten. Dass sich die Vorinstanz damit im angefochtenen Entscheid nicht ausdrücklich auseinandersetzte, ist unter diesen Umständen unerheblich. Die Vorwürfe des Beschwerdeführers stossen mithin ins Leere.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung kann gutgeheissen werden. Es sind keine Kosten zu erheben. Der Rechtsvertreter des Beschwerdeführers ist für das bundesgerichtliche Verfahren aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen (Art. 64 Abs. 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 gutgeheissen.
3. Es werden keine Kosten erhoben.
4. Dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers, Rechtsanwalt Beat Hess, wird für das bundesgerichtliche Verfahren eine Entschädigung von Fr. 3'000.-- aus der Bundesgerichtskasse ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Luzern, II. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 26. November 2009
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Die Gerichtsschreiberin:
Schneider Arquint Hill