Sachverhalt:
A. Die W._ AG, heute V._ (Schweiz) AG (Beschwerdegegnerin) mit Sitz in Basel plante die Errichtung eines Logistikzentrums in der Nordostschweiz. Sie fand ein ihr dafür geeignet erscheinendes Grundstück in der Gemeinde Gachnang (TG). Sie wollte jedoch weder das Bauland selbst erwerben noch den Bau als Bauherrin auf eigene Kosten realisieren. Vielmehr sah sie vor, dass ein Investor das Grundstück erwerben, den Bau nach ihren Vorgaben realisieren und das fertig erstellte Logistikzentrum ihr während einer bestimmten Mindestdauer zu einem bestimmten Preis vermieten sollte.
Im Hinblick auf dieses Vorhaben trat sie an die in Chiasso ansässige U._ SA (Beschwerdeführerin) heran, deren Gesellschaftszweck der Erwerb, Verkauf und die Verwaltung von Liegenschaften sowie entsprechende Vermittlungstätigkeiten ist. Die Beschwerdeführerin fand in der Folge als Investorin die X._ S.p.A. mit Sitz in Rom, welche im Hinblick auf das geplante Bauvorhaben die X._ Immobilien AG mit Sitz in Gachnang gründete. Es bestand die Absicht, in einem zwischen der Beschwerdegegnerin und der X._ Immobilien AG noch abzuschliessenden schriftlichen Vertrag die Tochtergesellschaft der Beschwerdeführerin, die Y._ SA mit Sitz in Chiasso, als Generalunternehmerin für das Bauvorhaben einzusetzen. Der von der Beschwerdegegnerin formulierte Vertragstext wurde am 24. November 2003 einzig von der X._ Immobilien AG unterzeichnet. Die Beschwerdegegnerin leistete keine Unterschrift.
Bereits zuvor hatte die Y._ SA Vorleistungen erbracht und namentlich am 12. Dezember 2002 das Baugesuch eingereicht, welches vom Departement für Bau und Umwelt des Kantons Thurgau am 25. Juli 2003 bewilligt worden war. Die Baubewilligung wurde jedoch auf Beschwerde hin vom Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau wegen Fehlens eines Gestaltungsplanes mit Entscheid vom 14. April 2004 aufgehoben.
An einer Besprechung vom 12. Mai 2004 in Kloten, an der Vertreter sämtlicher involvierter Gesellschaften teilnahmen, gab die Beschwerdegegnerin bekannt, dass am Standort Gachnang nicht festgehalten werde. Sie realisierte in der Folge das Logistikzentrum in Regensdorf bei Zürich, wozu sie jedoch weder die Beschwerdeführerin noch deren Tochtergesellschaft beizog.
B. Am 21. November 2005 klagte die Beschwerdeführerin, die sich die Ansprüche der Y._ SA hatte abtreten lassen, beim Zivilgericht Basel-Stadt gegen die Beschwerdegegnerin und beantragte, diese sei zu verpflichten, ihr Fr. 2'579'265.50 nebst Zins zu 5 % seit 1. Oktober 2004 zu bezahlen, Mehrforderung vorbehalten. Mit Urteil vom 5. Dezember 2007 wies das Zivilgericht die Klage ab.
Dagegen appellierte die Beschwerdeführerin erfolglos beim Appellationsgericht des Kantons Basel-Stadt, welches mit Entscheid vom 11. Februar 2009 das erstinstanzliche Urteil bestätigte.
C. Die Beschwerdeführerin beantragt mit Beschwerde in Zivilsachen, das Urteil des Appellationsgerichts aufzuheben und die Beschwerdegegnerin zur Zahlung von Fr. 2'579'265.50 nebst Zins zu 5 % seit 1. Oktober 2004 an die Beschwerdeführerin zu verurteilen, Mehrforderung vorbehalten. Eventualiter sei die Streitsache zur Beurteilung und Festlegung der Höhe der Forderung der Beschwerdeführerin gegenüber der Beschwerdegegnerin an das Appellationsgericht zurückzuweisen.
Die Beschwerdegegnerin und die Vorinstanz beantragen, die Beschwerde abzuweisen.

Erwägungen:
1. Das angefochtene Urteil des Appellationsgerichts ist ein verfahrensabschliessender Endentscheid (<ref-law>) einer letzten kantonalen Instanz (<ref-law>). Der Streitwert übersteigt die Grenze von Fr. 30'000.-- nach <ref-law> bei Weitem. Da auch die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen erfüllt sind, ist - unter Vorbehalt einer rechtsgenüglichen Begründung der erhobenen Rügen (<ref-law>) - auf die Beschwerde einzutreten.
2. 2.1 Mit Beschwerde in Zivilsachen können Rechtsverletzungen gemäss Art. 95 und 96 BGG gerügt werden. Die Beschwerde ist hinreichend zu begründen, andernfalls wird darauf nicht eingetreten. In der Beschwerdeschrift ist in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Akt Recht verletzt (<ref-law>). Die Verletzung von Grundrechten und von kantonalem und interkantonalem Recht kann das Bundesgericht nur insofern prüfen, als eine solche Rüge in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2.2; <ref-ruling> E. 3.2). Macht der Beschwerdeführer eine Verletzung des Willkürverbots von <ref-law> geltend, genügt es nicht, wenn er einfach behauptet, der angefochtene Entscheid sei willkürlich; er hat vielmehr im Einzelnen aufzuzeigen, inwiefern dieser offensichtlich unhaltbar ist (<ref-ruling> E. 3 S. 352). Auf rein appellatorische Kritik am angefochtenen Entscheid tritt das Bundesgericht nicht ein (<ref-ruling> E. 2.1; <ref-ruling> E. 3.1. S. 399).
Unerlässlich ist im Hinblick auf <ref-law>, dass die Beschwerde auf die Begründung des angefochtenen Entscheids eingeht und im Einzelnen aufzeigt, worin eine Verletzung von Bundesrecht liegt. Der Beschwerdeführer soll in der Beschwerdeschrift nicht bloss die Rechtsstandpunkte, die er im kantonalen Verfahren eingenommen hat, erneut bekräftigen, sondern mit seiner Kritik an den als rechtsfehlerhaft erachteten Erwägungen der Vorinstanz ansetzen (<ref-ruling> E. 3.3 S. 60; <ref-ruling> E. 2.1 S. 245 f.). Ferner hat die Begründung in der Beschwerdeschrift selbst zu erfolgen; blosse Verweise auf kantonale Akten sind unbeachtlich (vgl. <ref-ruling> E. 1d; <ref-ruling> E. 2; <ref-ruling> E. 3 S. 85).
2.2 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). "Offensichtlich unrichtig" bedeutet dabei "willkürlich" (<ref-ruling> E. 8.1 S. 153).
Der Beschwerdeführer, der die Sachverhaltsfeststellungen der Vorinstanz anfechten will, kann sich nicht damit begnügen, den bestrittenen Feststellungen eigene tatsächliche Behauptungen gegenüberzustellen oder darzulegen, wie die Beweise seiner Ansicht nach zu würdigen gewesen wären. Vielmehr hat er klar und substantiiert aufzuzeigen, inwiefern die gerügten Feststellungen bzw. die Unterlassung von Feststellungen offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruhen. Auf eine Kritik an den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz, die diesen Anforderungen nicht genügt, ist nicht einzutreten (<ref-ruling> E. 1.3 S. 351 f.).
2.3 Diese Grundsätze übergeht die Beschwerdeführerin in verschiedener Hinsicht. So stellt sie ihren rechtlichen Ausführungen eine mehrseitige eigene Sachverhaltsdarstellung voran. Soweit sie darin von den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz abweicht oder diese erweitert, ohne substantiierte Sachverhaltsrügen zu erheben, kann sie nicht gehört werden. Das Gleiche gilt, soweit sie ihre rechtlichen Erörterungen auf einen vom vorinstanzlich verbindlich festgestellten Sachverhalt abweichenden Ablauf der Ereignisse stützt und dem Bundesgericht appellatorische Kritik unterbreitet, als ob ihm eine freie Prüfung sämtlicher Tat- und Rechtsfragen zukäme. Zudem enthalten ihre rechtlichen Erwägungen kaum klar begründete Rügen. Es kann darauf nur soweit eingegangen werden, als wenigstens sinngemäss erkennbar ist, welche Bundesrechtssätze und inwiefern sie durch den angefochtenen Entscheid verletzt sein sollen, wenn die verbindlichen Feststellungen im angefochtenen Entscheid zugrunde gelegt werden.
3. Streitig ist, ob die Beschwerdegegnerin der Beschwerdeführerin die eingeklagte Forderung schuldet. Die Vorinstanz hat den Bestand sämtlicher von der Beschwerdeführerin hierfür angerufenen Rechtsgrundlagen verneint. Die Beschwerdeführerin hält vor Bundesgericht im Hauptstandpunkt an der Auffassung fest, es sei zwischen den Parteien eine vertragliche Bindung zustande gekommen. Eventualiter beruft sie sich auf Geschäftsführung ohne Auftrag oder Vertrauenshaftung.
4. Die Beschwerdeführerin behauptete betreffend eine vertragliche Beziehung zum einen eine mündliche Auftragserteilung der Beschwerdegegnerin im Frühling 2002 bzw. einen Vertragsabschluss durch konkludentes Verhalten. Zum anderen berief sie sich auf das Schreiben der Beschwerdegegnerin vom 1. Oktober 2002 als Vertragsgrundlage.
4.1 Die Vorinstanz verneinte, dass zwischen den Parteien ein Vertrag über die Planung und Erstellung eines Logistikzentrums durch mündliche Absprache bzw. durch konkludentes Verhalten zustande gekommen sei, wobei sie zur Begründung auf die einlässlichen Erwägungen des Zivilgerichts verwies. Dass sie überdies anfügte, die Beschwerdeführerin halte zweitinstanzlich an ihrer Auffassung offenbar nicht länger fest, erscheint mit Blick auf die Ausführungen der Beschwerdeführerin in der Appellationsbegründung auf den Seiten 5-7 in der Tat ohne Grundlage, schadet aber nicht, weil die Vorinstanz den Standpunkt der Beschwerdeführerin gleichwohl berücksichtigte. Sie verwarf ihn jedoch unter Verweis auf die zutreffende Begründung des Zivilgerichts, die sie sich zu eigen machte, was zulässig ist. Das Zivilgericht hielt nach einlässlicher Beweiswürdigung eine ausdrückliche mündliche Auftragserteilung zur Projektierung und dem Bau eines Logistikzentrums für unbewiesen. Ebenso wenig sei erwiesen, dass die Präsentation der X._ S.p.A. als Investorin durch die Beschwerdeführerin auf einen Auftrag der Beschwerdegegnerin zurückgegangen sei. Nach eingehender Beurteilung der festgestellten Abläufe kam das Zivilgericht sodann zum Schluss, dass auch kein Vertrag durch konkludentes Verhalten angenommen werden könne. Im Übrigen betrachtete es die Aufwendungen der Beschwerdeführerin in der Phase bis zum 1. Oktober 2002 ohnehin als nicht genügend substantiiert geltend gemacht.
Was die Beschwerdeführerin dem entgegenhält, erschöpft sich in einer eigenen Darstellung und Interpretation des Sachverhalts unter Hinweis auf ihre kantonalen Rechtsschriften. Sie zeigt jedoch in keiner Weise eine willkürliche Beweiswürdigung durch die Vorinstanz auf. Auf ihre Darlegung kann daher nicht eingetreten werden (vgl. Erwägung 2).
4.2 Weitgehend rein appellatorisch und daher unbeachtlich sind auch die Ausführungen der Beschwerdeführerin zur von der Vorinstanz verneinten Frage, ob im Schreiben der Beschwerdegegnerin vom 1. Oktober 2002 eine Auftragserteilung zu erblicken sei. Der Projektmanager der Beschwerdegegnerin, A._, teilte in diesem Schreiben der Beschwerdeführerin mit, dass der Steuerungsausschuss der Beschwerdegegnerin beschlossen habe, der Beschwerdeführerin die Projektierung und den Bau der in Gachnang zu realisierenden Anlage anzuvertrauen. Wie die Vorinstanz hervorhebt, stand dieser Auftrag gemäss dem besagten Schreiben aber klar unter der Bedingung des guten Abschlusses der damals noch laufenden Verhandlungen mit der von der Beschwerdeführerin genannten Gesellschaft, welche die Investition leisten und Eigentümerin der Immobilie werden sollte. Laut der Vorinstanz kommt darin das Konzept der Beschwerdegegnerin klar zum Ausdruck. Dieses habe nicht ausgeschlossen, dass die Beschwerdegegnerin der X._ Immobilien AG auch Vorgaben über die Person des Generalunternehmers mache. Tatsächlich hätten die Entwürfe für einen Vertrag zwischen der Beschwerdegegnerin und der X._ Immobilien AG vorgesehen, dass die Beschwerdeführerin bzw. deren Tochtergesellschaft Y._ SA Generalunternehmerin sein würde. Deshalb sei auch im Schreiben vom 1. Oktober 2002 davon die Rede, dass der Auftrag unter der Bedingung des guten Abschlusses der Verhandlungen mit der X._ Immobilien AG stehe. Das Konzept der Beschwerdegegnerin sei der Beschwerdeführerin bekannt gewesen und es habe ihr daher auch klar sein müssen, dass ein direkter Vertrag zwischen ihr und der Beschwerdegegnerin betreffend Projektierung und Errichtung eines Logistikzentrums nicht beabsichtigt war und sich ihre Ansprüche für erbrachte Leistungen ausschliesslich gegen die X._ Immobilien AG richten würden. Die Beschwerdeführerin sei sich dieser Konsequenz bewusst gewesen, was sich darin zeige, dass sie bzw. die Y._ SA sich von der X._ Immobilien AG in der zweiten Jahreshälfte 2003 wegen Liquiditätsengpässen Darlehen von über Fr. 1 Mio. habe gewähren lassen. Wäre sie wirklich der Meinung gewesen, ihr Vertragspartner sei die Beschwerdegegnerin, wäre es auf der Hand gelegen, bei dieser Vorschüsse erhältlich zu machen. Im Übrigen habe die Beschwerdeführerin auch anerkannt, dass sich ihre bzw. die Ansprüche ihrer Tochtergesellschaft gegen die X._ Immobilien AG richten würden, wenn die Beschwerdegegnerin den Vertrag mit dieser unterzeichnet hätte. Das Schreiben vom 1. Oktober 2002 lasse demnach keinen Verpflichtungswillen der Beschwerdegegnerin gegenüber der Beschwerdeführerin erkennen. Ein direkter Vertrag zwischen den Parteien hätte auch mit Blick auf das gewählte Konzept wirtschaftlich keinen Sinn ergeben. Die Y._ SA hätte bei Abschluss eines Vertrags zwischen der Beschwerdegegnerin und der Investorin von dieser als Generalunternehmerin beauftragt werden sollen. Es wäre nicht einzusehen, weshalb in diesem Fall gleichzeitig auch noch die Beschwerdeführerin mit der Projektierung und dem Bau des Logistikzentrums hätte beauftragt werden sollen. Auch dies zeige, dass das Schreiben vom 1. Oktober 2002 kein Vertragsverhältnis zwischen den Parteien begründet habe.
Nach Meinung der Beschwerdeführerin geht diese Auffassung der Vorinstanz völlig fehl. Sie widerspreche elementaren Auslegungsregeln und lasse das nachträgliche Verhalten der Beschwerdegegnerin (enge Zusammenarbeit mit der Beschwerdeführerin in Bezug auf die Baueingabe und Projektierung) völlig ausser Acht. Die Beschwerdeführerin erklärt jedoch nicht, welche Auslegungsregeln die Vorinstanz verletzt haben soll, und zeigt auch nicht Willkür in der Würdigung des Schreibens vom 1. Oktober 2002 auf, indem sie einfach ihre eigene Interpretation desselben bekräftigt. Das behauptete nachträgliche Verhalten der Beschwerdegegnerin (enge Zusammenarbeit mit der Beschwerdeführerin in Bezug auf die Baueingabe und Projektierung) wird im angefochtenen Urteil nicht festgestellt und kann daher vom Bundesgericht nicht berücksichtigt werden (vgl. <ref-law>), zumal die Beschwerdeführerin keine substantiierte Sachverhaltsrüge erhebt.
Die Beschwerdeführerin behauptet sodann, sie habe zahlreiche Spezialisten für das anspruchsvolle Projekt beiziehen müssen. Da ihr für deren Bezahlung nicht genügend Liquidität zur Verfügung gestanden sei, habe sie vorerst die Beschwerdegegnerin um Vorschüsse gebeten, wie sich aus Klagbeilage 16 ergebe. Die Vorinstanz habe dies in voller Kenntnis der Klagbeilage 16 übersehen. Aus Klagbeilage 16 ergebe sich auch die wahre Grundlage für die Darlehen der X._ Immobilien AG an die Beschwerdeführerin. Aus der Darlehensgewährung lasse sich nichts gegen einen Auftrag der Beschwerdegegnerin an die Beschwerdeführerin ableiten. Dieser Vorwurf geht fehl. Wie die Vorinstanz in ihrer Vernehmlassung zutreffend festhält, muss die Partei das Tatsachenfundament in der Rechtsschrift aufstellen. Tatsachenbehauptungen, die sich lediglich aus den Beilagen ergeben sollen, sind prozessual nicht beachtlich. Die Beschwerdeführerin legt nicht dar, dass sie entsprechende Tatsachenbehauptungen prozesskonform in ihrer Rechtsschrift aufgestellt hätte, sondern verweist bloss auf die Beilage 16 zur Klage.
Schliesslich wendet sich die Beschwerdeführerin gegen die Interpretation der im Schreiben vom 1. Oktober 2002 aufgestellten Bedingung des guten Gelingens der Vertragsverhandlungen mit der Investorin. Die Vorinstanz folgerte, mit dem "guten Gelingen der Vertragsverhandlungen" könne nach den gesamten Umständen und nach dem von der Beschwerdegegnerin verfolgten und von der Beschwerdeführerin gekannten Konzept vernünftigerweise nur der wirkliche Vertragsschluss zwischen der Investorin und der Beschwerdegegnerin gemeint sein. Die Beschwerdeführerin hält diese Betrachtungsweise für haltlos. Die Bedingung spreche klar von gutem Gelingen der noch laufenden Verhandlungen, nicht von einem Vertragsschluss. Mit der Unterzeichnung des Vertrags durch die X._ Immobilien AG sei die Bedingung erfüllt worden. Mehr als eine Unterschrift sei nicht nötig gewesen. Die Argumentation der Beschwerdeführerin überzeugt nicht. Nach den verbindlichen Feststellungen der Vorinstanz kannte sie das von der Beschwerdegegnerin verfolgte Konzept. Dieses beinhaltete aber klarerweise den Abschluss eines Vertrags zwischen der Beschwerdegegnerin und der Investorin. Unter dem "guten Gelingen der Vertragsverhandlungen" durfte und musste die Beschwerdeführerin demzufolge den eigentlichen Abschluss eines entsprechenden Vertrags verstehen. Es ist nicht ersichtlich, welchen Sinn eine bloss einseitige und daher keine vertragliche Bindung bewirkende Unterzeichnung des Vertragsentwurfs hätte haben sollen. Die Interpretation der Vorinstanz ist nicht zu beanstanden.
4.3 Für den Fall, dass unter "gutem Gelingen der Vertragsverhandlungen" ein beidseitig unterzeichneter Vertrag verstanden werden sollte, berief sich die Beschwerdeführerin auf <ref-law>. Sie machte geltend, die Nichtunterzeichnung des im Oktober 2003 ausgefertigten Vertrags zwischen der X._ Immobilien AG und der Beschwerdegegnerin durch Letztere verstosse gegen Treu und Glauben im Verhältnis zur Beschwerdeführerin. Die Vorinstanz verwarf dieses Vorbringen mit zutreffender Begründung. Namentlich führte sie aus, dass die Beschwerdegegnerin im Verhältnis zur Beschwerdeführerin nicht verpflichtet gewesen sei, einen Vertrag mit der X._ Immobilien AG abzuschliessen. Deshalb könne sich die Beschwerdeführerin auch nicht darauf berufen, die Beschwerdegegnerin habe den Eintritt der Bedingung nach Treu und Glauben verhindert. Davon abgesehen, habe die Beschwerdegegnerin aus nachvollziehbaren Gründen (insbesondere im Zusammenhang mit dem Urteil des Verwaltungsgerichts vom 14. April 2004) auf die Realisierung des Projekts in Gachnang verzichtet und die entsprechende Vereinbarung mit der X._ Immobilien AG nicht unterzeichnet. Dies stelle jedenfalls kein Verhalten wider Treu und Glauben dar.
Was die Beschwerdeführerin dem entgegenhält, verfängt nicht. Sie behauptet bloss, die Beschwerdegegnerin habe selbst die Ursache für den fehlenden Vertragsabschluss mit der X._ Immobilien AG gesetzt und könne dieses Verhalten der Forderung der Beschwerdeführerin nicht entgegensetzen. Absicht sei nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung nicht erforderlich. Letzteres trifft zu (vgl. <ref-ruling> E. 5c S. 281; <ref-ruling> E. 2b S. 36; <ref-ruling>), spielt aber vorliegend keine Rolle. Weder ist eine Verpflichtung der Beschwerdegegnerin gegenüber der Beschwerdeführerin noch ein Verstoss gegen Treu und Glauben dargetan (vgl. <ref-ruling> E. 5c S. 280 f.).
4.4 Zusammenfassend erweisen sich die Vorbringen der Beschwerdeführerin gegen die Verneinung einer vertraglichen Beziehung zwischen den Parteien als unbegründet, soweit sie angesichts ihres weitgehend appellatorischen Charakters nicht ohnehin unbeachtlich sind.
5. Für den Fall, dass eine vertragliche Beziehung zwischen den Parteien abgelehnt werden sollte, berief sich die Beschwerdeführerin auf Geschäftsführung ohne Auftrag. Die Beschwerdegegnerin müsse ihr ihren Aufwand in der Baueingabe- und Projektierungsphase gestützt auf <ref-law> entschädigen.
Die Vorinstanz stützte die Annahme des Zivilgerichts, dass die Beschwerdegegnerin der Beschwerdeführerin ausdrücklich keinen Auftrag erteilt habe. Wenn - so die Folgerung der Vorinstanz - die Parteien keine direkten vertraglichen Beziehungen zwischen ihnen gewollt hätten, so lasse sich dieser beidseitige Wille nicht durch das Konstrukt einer Geschäftsführung ohne Auftrag aus der Welt schaffen.
Die Beschwerdeführerin hält dem entgegen, von einer ausdrücklichen Nichterteilung des Auftrags könne keine Rede sein. Das von der Beschwerdegegnerin gewählte Konzept habe mit der Ausführung der Baueingabe- und Projektierungsphase durch die Beschwerdeführerin nichts zu tun. Die Arbeiten der Beschwerdeführerin seien im ausschliesslichen Interesse der Beschwerdegegnerin erfolgt und diese habe das Ergebnis der Projektierung als Anhang ihrem Vertrag mit der X._ Immobilien AG als verbindliche Weisung für den Bau der Anlage beigefügt.
Mit diesen Ausführungen erweitert die Beschwerdeführerin den vorinstanzlich festgestellten Sachverhalt, weshalb auf sie nicht abgestellt werden kann. Es liegt auch nicht als allein denkbare Variante auf der Hand, dass die Beschwerdeführerin in der Baueingabe- und Projektierungsphase im ausschliesslichen Interesse der Beschwerdegegnerin tätig wurde, nachdem beabsichtigt war, dass die Investorin (X._ Immobilien AG) den Generalunternehmervertrag mit der Tochtergesellschaft der Beschwerdeführerin (Y._ SA) abschliessen sollte. Gestützt auf die verbindliche tatsächliche Feststellung der Vorinstanz (vgl. <ref-law>), wonach es von allem Anfang an für alle Beteiligten klar gewesen sei, dass zwischen der Beschwerdeführerin und der Beschwerdegegnerin bzw. deren Tochtergesellschaft Y._ SA keine vertraglichen Beziehungen gewollt waren, ist die Verwerfung einer Geschäftsführung ohne Auftrag bundesrechtlich nicht zu beanstanden. In der Tat kann der übereinstimmende Wille, zwischen den Parteien gerade keine direkten vertraglichen Beziehungen einzugehen, nur bedeuten, dass jegliche Auftragserteilung an die Beschwerdeführerin durch die Beschwerdegegnerin abgelehnt wurde. Dieser Parteiwille kann nicht durch die Annahme einer Geschäftsführung ohne Auftrag unterlaufen werden.
6. In einem letzten Eventualstandpunkt machte die Beschwerdeführerin Vertrauenshaftung geltend. Die Vorinstanz verneinte unter Bezugnahme auf die bundesgerichtliche Rechtsprechung (insb. <ref-ruling> E. 4.1. S. 452) eine solche namentlich mit dem Argument, dass die Beschwerdeführerin nicht dargetan habe, weshalb ihr aufgrund der Machtverhältnisse und Abhängigkeiten ein Vertragsschluss nicht möglich und ein Verzicht auf das Geschäft nicht zumutbar gewesen sei.
Unter Hinweis auf verschiedene Stellen in der Klagschrift und auf Klagbeilagen behauptet die Beschwerdeführerin, sie habe mit der Beschwerdegegnerin seit 1985 regelmässig gut zusammengearbeitet. Auf dieses langjährige Geschäftsverhältnis sei auch die Kontaktaufnahme von A._ im Frühling 2002 mit der Beschwerdeführerin zurückzuführen. Gestützt auf diese langjährige, gute und von gegenseitigem Vertrauen geprägte Zusammenarbeit mit der W._-Gruppe habe die Beschwerdeführerin Vertrauen in die Beschwerdegegnerin haben dürfen, dass sie ihre Tätigkeit in Bezug auf das Projekt Gachnang entschädigen werde, zumal diese Arbeiten in ihre statutarische Tätigkeit fielen. Auch habe die Beschwerdegegnerin im Zusammenhang mit der nachmaligen Darlehensgewährung der X._ Immobilien AG im Sommer 2003 zugesagt, der Beschwerdeführerin ihren Aufwand bis zur Rechtskraft der Baubewilligung zu ersetzen. Die Parteien hätten nicht nur seit 1985 enge Geschäftsbeziehungen unterhalten, sondern auch vor und nach dem Schreiben der Beschwerdegegnerin vom 1. Oktober 2002 im Rahmen der Projektierung intensiv zusammengearbeitet. Diese intensive Zusammenarbeit sei nur aufgrund des zwischen den Parteien bestehenden engen Vertrauensverhältnisses möglich gewesen. Es liege daher durchaus eine sehr spezielle Situation vor, die geeignet sei, eine Vertrauenshaftung der Beschwerdegegnerin zu begründen.
Diese Vorbringen lassen sich in tatsächlicher Hinsicht nicht auf die Feststellungen des angefochtenen Entscheids stützen und können daher vom Bundesgericht nicht beachtet werden (vgl. <ref-law>), zumal die Beschwerdeführerin keine substantiierte Sachverhaltsrüge erhebt, sondern einfach in unzulässiger Weise den Sachverhalt ergänzt. Sie vermag auch nicht aufzuzeigen, dass sie - entgegen den Erwägungen der Vorinstanz - vor dem Appellationsgericht dargetan hätte, weshalb ihr ein Vertragsschluss nicht möglich und ein Verzicht auf das Geschäft nicht zumutbar gewesen sei. Mit ihren Vorbringen gegen die Verneinung einer Vertrauenshaftung tut sie keine Bundesrechtsverletzung dar.
Da die Vorinstanz mithin eine Vertrauenshaftung zu Recht abgelehnt hat, erübrigt es sich, zur Frage der Verjährung, welche die Beschwerdegegnerin vor Bundesgericht aufwirft, Stellung zu nehmen.
7. Aus diesen Gründen ist es bundesrechtlich nicht zu beanstanden, dass die Vorinstanz das Bestehen sämtlicher für die eingeklagte Forderung angerufenen Rechtsgrundlagen verneint hat. Demzufolge braucht auf die Ausführungen der Beschwerdeführerin betreffend die Substantiierung der Forderung nicht eingegangen zu werden.
8. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Bei diesem Verfahrensausgang wird die Beschwerdeführerin kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 und Art. 68 Abs. 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 18'000.-- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
3. Die Beschwerdeführerin hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 20'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Appellationsgericht des Kantons Basel-Stadt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 1. September 2009
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Die Gerichtsschreiberin:
Klett Sommer