Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Zürich sprach X._ am 18. November 2008 der einfachen Körperverletzung unter Verwendung einer Waffe oder eines gefährlichen Gegenstands im Sinne von Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 i.V.m. Ziff. 2 Abs. 1 StGB schuldig und verurteilte ihn zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 8 Monaten.
X._ legte gegen dieses Urteil Berufung ein, woraufhin die Staatsanwaltschaft im Strafpunkt Anschlussberufung erklärte. Das Obergericht des Kantons Zürich bestätigte am 19. Juni 2009 das erstinstanzliche Urteil.
B. Mit Beschwerde in Strafsachen vom 2. September 2009 beantragt X._, das Urteil des Obergerichts aufzuheben und ihn freizusprechen, eventualiter mit einer bedingten Geldstrafe von höchstens 240 Tagessätzen zu bestrafen, subeventualiter die Sache zur Erstellung des rechtserheblichen Sachverhalts an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
C. Die Oberstaatsanwaltschaft und das Obergericht des Kantons Zürich verzichteten auf eine Stellungnahme.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer rügt Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung sowie eine Verletzung des Grundsatzes in dubio pro reo als Beweislast- und Beweiswürdigungsregel.
1.1 Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig 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). Offensichtlich unrichtig im Sinne von Art. 97 Abs. 1 BGG ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (<ref-ruling> E. 1.4.1).
Willkür im Sinne von Art. 9 BV liegt vor, wenn die Sachverhaltsfeststellung zur tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht oder auf einem offenkundigen Fehler beruht. Das Bundesgericht hebt einen Entscheid jedoch nur auf, wenn nicht bloss die Begründung, sondern auch das Ergebnis unhaltbar ist. Dass eine andere Lösung oder Würdigung ebenfalls vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre, genügt für die Annahme von Willkür nicht (<ref-ruling> E. 5.4; <ref-ruling> E. 2b, mit Hinweisen). Der Beschwerdeführer muss in der Beschwerdeschrift anhand des angefochtenen Entscheids substanziiert darlegen, inwiefern die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz im Ergebnis willkürlich ist (vgl. Art. 106 Abs. 2 BGG; <ref-ruling> E. 2.2; <ref-ruling> E. 1.4.3).
1.2 Aus der in Art. 32 Abs. 1 BV und Art. 6 Ziff. 2 EMRK verankerten Unschuldsvermutung wird die Rechtsregel in dubio pro reo abgeleitet. Als Beweiswürdigungsregel besagt dieser Grundsatz, dass sich der Strafrichter nicht von einem für den Angeklagten ungünstigen Sachverhalt überzeugt erklären darf, wenn bei objektiver Betrachtung erhebliche und nicht zu unterdrückende Zweifel bestehen, ob sich der Sachverhalt so verwirklicht hat. Der Unschuldsvermutung als Beweiswürdigungsregel kommt keine über das Willkürverbot von Art. 9 BV hinausgehende selbständige Bedeutung zu (<ref-ruling> E. 2a; <ref-ruling> E. 2a).
1.3 Die Vorinstanz hält für erwiesen, dass der Beschwerdeführer A._ anlässlich einer Auseinandersetzung an einer Party am 22. April 2007 im Freizeitzentrum C._ in D._ um ca. 3.10 Uhr aufforderte nach draussen zu gehen, wo er ihm mit der linken Hand einen Faustschlag an den Kopf versetzte und mit einem Messer, das er in der rechten Hand mit der Klinge nach unten hielt, eine ca. 7 cm lange, quer verlaufende, stark blutende und bis auf den Knochen reichende Stichverletzung im Bereich des Unterarms zufügte.
1.4 Die ca. 7 cm lange Stichverletzung ergibt sich aus den Krankenberichten des Universitätsspitals Zürich vom 23. April und 8. Mai 2007. Bluttropfspuren wurden von der Polizei vor dem Freizeitzentrum sowie im Gang des Zentrums festgestellt. Eine grössere Blutlache, welche von den Barangestellten jedoch noch vor Eintreffen der Polizei beseitigt wurden, befand sich gemäss den Sicherheitsangestellten im Innern des Lokals vor der Bar. Der Beschwerdeführer gestand ein, mit A._ am 22. April 2007 vor dem Freizeitzentrum eine tätliche Auseinandersetzung gehabt zu haben, bestreitet jedoch, diesen mit einem Messer verletzt zu haben. Die Vorinstanz stellt für die Verurteilung des Beschwerdeführers auf die Aussagen des Opfers im Ermittlungs- und Untersuchungsverfahren ab.
1.5 Dem Beschwerdeführer ist insofern beizupflichten, als die Schilderungen von A._ sowohl mit Bezug auf den genauen Tathergang als auch betreffend das Verhalten des Täters nach der Tat teilweise widersprüchlich sind. Dies lässt allerdings noch nicht auf eine erhöhte Glaubwürdigkeit des Beschwerdeführers und eine willkürliche Sachverhaltsfeststellung durch die Vorinstanz schliessen. A._ war beim Eintreffen der Polizei am Tatort nicht in der Lage, sich zum Täter und dem Tathergang zu äussern, was sowohl auf die Verletzung als auch den stark angetrunkenen Zustand des Opfers zurückzuführen sein kann. Noch am gleichen Tag machte er jedoch anlässlich einer polizeilichen Befragung im Universitätsspital Zürich konkrete Angaben zu den Geschehnissen und gab eine Beschreibung des Täters ab, welche mit dem am 26. April 2007 gegenüber der Polizei zu Protokoll gegebenen Signalement des Täters (Alter, Grösse, Statur, Hautfarbe, Nationalität und Kleidung) übereinstimmt. Er identifizierte den Beschwerdeführer am 4. Mai 2007 auf einem Fotobogen und anlässlich der Konfrontationseinvernahme vom 27. Mai 2008 klar als die Person, welche ihm die Stichverletzung zugefügt hatte. Hinweise, dass A._ den Beschwerdeführer absichtlich falsch bezichtigte und damit den wahren Täter schützte, sind nicht auszumachen. Die Vorinstanz durfte daher ohne Willkür auf die Täteridentifikation durch das Opfer abstellen.
1.6 Der Beschwerdeführer bringt vor, die Vorinstanz habe unberücksichtigt gelassen, dass eine grössere Blutlache im Innern des Gebäudes festgestellt wurde, während am angeblichen Tatort nur geringe Blutspuren auszumachen waren. Diesbezüglich ergibt sich aus den im Polizeibericht vom 7. Mai 2007 wiedergegebenen Aussagen des Sicherheitsangestellten B._, dass sich "vor der Bar viel Blut befand" (vgl. kantonale Akten, Urk. 1 S. 6). Der Sicherheitsangestellte äusserte daher die Vermutung, die Verletzung sei A._ im Innern des Zentrums, vor der Bar, zugefügt worden, wo sich auch eine grössere Blutlache am Boden befand (vgl. kantonale Akten, Urk. 1 S. 8). Die Polizei erstelle Fotoaufnahmen des Innenbereichs vor der Bar, wo sich die angebliche Blutlache befunden haben soll (vgl. kantonale Akten, Urk. 4). Aktenwidrig sind daher die Ausführungen der Vorinstanz, wonach der Sicherheitsangestellte B._ mit seiner Aussage, "vor der Bar habe es viel Blut gehabt", zum Ausdruck bringen wollte, dass sich das Blut "draussen, vor dem Bargebäude" befand, wo auch die Auseinandersetzung stattfand. Nicht ausgeschlossen ist jedoch, worauf auch die Vorinstanz hinweist, dass das Opfer die Blutung vorübergehend zu hemmen vermochte, so dass das Blut erst in grösseren Mengen aus der Wunde austrat, nachdem dieses wieder ins Gebäude zurückgekehrt war. Denkbar ist zudem, dass die Blutspuren vor der Bar von einer anderen Person stammten, zumal gemäss dem Sicherheitsangestellten an jenem Abend gleichzeitig verschiedene Schlägereien stattfanden und mehrere Personen Blut an den Kleidern hatten (vgl. kantonale Akten, Urk. 1 S. 6).
1.7 Das konkret vom Beschwerdeführer verwendete Tatmittel konnte nicht ausfindig gemacht werden. Die Vorinstanz geht mit dem Opfer davon aus, dass die Stichwunde mit einem Messer zugefügt wurde. Dass die Verletzung, wie vom Beschwerdeführer behauptet, etwa durch den Sturz auf eine Glasscherbe entstanden sein könnte, hält sie aufgrund des Verletzungsbildes für ausgeschlossen. Entgegen den Einwänden des Beschwerdeführers ist diese Feststellung der Vorinstanz gestützt auf die Akten auch ohne medizinisches Gutachten nachvollziehbar. Die Einholung eines solchen Gutachtens wurde vom Beschwerdeführer im Übrigen auch nicht beantragt.
Die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung hält einer Willkürprüfung stand.
1.8 Als Beweislastregel bedeutet der Grundsatz in dubio pro reo, dass es Sache der Anklagebehörde ist, die Schuld des Angeklagten zu beweisen. Der Grundsatz ist verletzt, wenn der Strafrichter einen Angeklagten (einzig) mit der Begründung verurteilt, er habe seine Unschuld nicht nachgewiesen. Dies prüft das Bundesgericht mit freier Kognition (<ref-ruling> E. 2a, mit Hinweis).
Die Vorinstanz gelangt in freier Beweiswürdigung zum Schluss, der Beschwerdeführer habe A._ die Stichverletzung zugefügt. Inwiefern sie den Grundsatz in dubio pro reo als Beweislastregel missachtet haben könnte, ist nicht ersichtlich. Die Beschwerde ist auch insoweit unbegründet.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Qualifikation der Tat als einfache Körperverletzung begangen mit einer Waffe oder einem gefährlichen Gegenstand nach Art. 123 Ziff. 2 Abs. 1 StGB. Die Verurteilung sei bundesrechtswidrig, da sich das angefochtene Urteil zur Beschaffenheit der Tatwaffe bzw. des Messers nicht äussere. Nicht jedes Messer sei eine Waffe. Ein Stich in den Unterarm bringe zudem kein Risiko einer Tötung oder schweren Körperverletzung mit sich.
2.2 Eine einfache Körperverletzung begeht, wer vorsätzlich einen Menschen an Körper oder Gesundheit schädigt (Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 StGB). Der Täter wird von Amtes wegen verfolgt, wenn er Gift, eine Waffe oder einen gefährlichen Gegenstand gebraucht (Art. 123 Ziff. 2 Abs. 1 StGB). Waffen sind nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung Gegenstände, die nach ihrer Bestimmung dem Angriff oder der Verteidigung dienen (<ref-ruling> E. 1c/bb; <ref-ruling> E. 2; <ref-ruling> E. 3). Für die Qualifikation als Waffe entscheidend ist damit der bestimmungsgemässe Gebrauch. Andere Gegenstände sind gefährlich im Sinne von Art. 123 Ziff. 2 Abs. 1 StGB, wenn sie so verwendet werden, dass ein hohes Risiko der Tötung oder schweren Körperverletzung gemäss Art. 122 StGB besteht (<ref-ruling> E. 4; <ref-ruling>; Urteil des Bundesgerichts 6S.65/2002 vom 26. April 2002 E. 3.2).
2.3 Die Vorinstanz nimmt eine qualifizierte einfache Körperverletzung im Sinne von Art. 123 Ziff. 2 Abs. 1 StGB an. Ob es sich beim Tatmittel um eine Waffe, d.h. einen Gegenstand, der für Angriff und Verteidigung bestimmt ist, handelt, muss vorliegend, mangels Hinweisen auf die Beschaffenheit und den Verwendungszweck des Messers, offen gelassen werden. Fest steht, dass das verwendete Messer geeignet war, tiefe Stichverletzungen, von der Art wie sie dem Opfer zugefügt wurden, zu verursachen. Der Einsatz eines solchen Messers bei Schlägereien oder anderweitigen tätlichen Auseinandersetzungen birgt ein hohes Risiko einer Tötung oder schweren Körperverletzung in sich, da wichtige Organe oder Körperteile betroffen sein können. Unabhängig davon kann ein hohes Risiko einer bleibenden Schädigung auch bei einem Messerstich in den Unterarm nicht verneint werden. Das verwendete Messer ist damit auf jeden Fall ein gefährlicher Gegenstand im Sinne von Art. 123 Ziff. 2 Abs. 1 StGB. Die Verurteilung des Beschwerdeführers wegen qualifizierter einfacher Körperverletzung nach Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 i.V.m. Ziff. 2 Abs. 1 StGB ist bundesrechtskonform.
3. Der Beschwerdeführer wurde ausschliesslich wegen einfacher Körperverletzung, begangen mit einer Waffe oder einem gefährlichen Gegenstand verurteilt. Dass nur eine Tat beurteilt wurde, nämlich die Stichverletzung, ergibt sich aus den Erwägungen des Obergerichts wie auch des Bezirksgerichts. Ziffer 1 des Dispositivs des angefochtenen Entscheids, wonach der Beschwerdeführer der "einfachen Körperverletzung im Sinne von Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 und Ziff. 2 Abs. 1 StGB" schuldig gesprochen wird, ist daher klar im Sinne einer Verurteilung wegen einfacher Körperverletzung unter Verwendung einer Waffe oder eines gefährlichen Gegenstands nach Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 i.V.m. Ziff. 2 Abs. 1 StGB zu verstehen. Dies war für den anwaltlich vertretenen Beschwerdeführer ohne Weiteres erkennbar. Unbegründet ist die Rüge, er sei, trotz fehlendem Strafantrag, auch wegen einfacher Körperverletzung nach Art. 123 Ziff. 1 Abs. 1 StGB verurteilt worden.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Verurteilung zu einer Freiheitsstrafe verletze das Verhältnismässigkeitsprinzip. Die Geldstrafe stehe nach dem neuen Allgemeinen Teil des Strafgesetzbuches als mildere Sanktion auch für Strafen von sechs Monaten bis zu einem Jahr im Vordergrund. Dies gelte gemäss der bundesgerichtlichen Rechtsprechung auch für einkommensschwache Täter.
4.2 Der neue Allgemeine Teil des Strafgesetzbuches sieht für Strafen von sechs Monaten bis zu einem Jahr die Geldstrafe (Art. 34 StGB) und die Freiheitsstrafe (Art. 40 StGB) vor. Bei der Wahl der Sanktionsart ist als wichtiges Kriterium die Zweckmässigkeit einer bestimmten Sanktion, ihre Auswirkungen auf den Täter und sein soziales Umfeld sowie ihre präventive Effizienz zu berücksichtigen (<ref-ruling> E. 4.2; <ref-ruling> E. 4.1). Nach dem Prinzip der Verhältnismässigkeit soll bei alternativ zur Verfügung stehenden Sanktionen im Regelfall diejenige gewählt werden, die weniger stark in die persönliche Freiheit des Betroffenen eingreift bzw. die ihn am wenigsten hart trifft. Im Vordergrund steht daher auch bei Strafen von sechs Monaten bis zu einem Jahr die Geldstrafe, als gegenüber der Freiheitsstrafe mildere Sanktion (<ref-ruling> E. 4.2.2; <ref-ruling> E. 4.1). Die Geldstrafe kann auch für einkommensschwache Täter, d.h. für solche mit sehr geringem, gar unter dem Existenzminimum liegendem Einkommen ausgefällt werden (<ref-ruling> E. 5.2.3 und 5.2.4). Das Gericht hat im Urteil die Wahl der Sanktionsart zu begründen (Art. 50 StGB). Der blosse Verweis auf die Schwere des Verschuldens und die Vorstrafen genügt den Begründungsanforderungen nicht (Urteil des Bundesgerichts 6B_289/2009 vom 16. September 2009 E. 2.7.2).
4.3 Die Vorinstanz erwägt im angefochtenen Entscheid, die Ausfällung einer Geldstrafe sei angesichts des zu ahndenden Gewaltdelikts, welches von einer erheblichen kriminellen Energie des Angeklagten zeuge, keine schuldadäquate Sanktion. Als angemessene und zweckmässige Sanktion komme ausschliesslich eine Freiheitsstrafe in Frage.
Damit verkennt sie, dass der Geldstrafe entsprechend dem Prinzip der Verhältnismässigkeit auch bei Strafen von sechs Monaten bis zu einem Jahr Vorrang zukommt. Dies gilt für sämtliche Deliktsarten. Mit dem Schuldprinzip unvereinbar wäre es, einzelne Deliktsgruppen wie etwa Gewaltdelikte als der Geldstrafe unwürdig zu betrachten, da das Verschulden bereits beim Strafmass zu berücksichtigen ist. Unzulässig ist es daher, eine Freiheitsstrafe anstelle einer Geldstrafe ausschliesslich mit der erheblichen kriminellen Energie des Beschwerdeführers zu begründen. Der angefochtene Entscheid genügt den Begründungsanforderungen nicht. Die Beschwerde ist in diesem Punkt gutzuheissen.
5. Die Beschwerde ist teilweise gutzuheissen und im Übrigen abzuweisen. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird im Umfang des teilweisen Obsiegens des Beschwerdeführers gegenstandslos. Soweit er unterliegt, ist das Gesuch zufolge Aussichtslosigkeit der Beschwerde abzuweisen (Art. 64 Abs. 1 BGG). Der finanziellen Lage des Beschwerdeführers ist bei der Festsetzung der Gerichtskosten Rechnung zu tragen (Art. 65 Abs. 2 BGG). Der Kanton Zürich hat dem Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren im Umfang seines teilweisen Obsiegens eine angemessene Parteientschädigung auszurichten (Art. 68 Abs. 2 BGG). Die Entschädigung ist dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers zuzusprechen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 19. Juni 2009 mit Bezug auf die ausgesprochene Strafe aufgehoben und die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen. Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird abgewiesen, soweit es nicht zufolge teilweiser Gutheissung der Beschwerde gegenstandslos geworden ist.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 800.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Der Kanton Zürich hat Rechtsanwalt Bernhard Jüsi für das bundesgerichtliche Verfahren eine Parteientschädigung von Fr. 2'000.-- zu bezahlen.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 18. Februar 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Unseld