Faits:
A. A.a Le divorce des époux X._, né en 1946, et Y._, née en 1961, a été prononcé le 24 janvier 2002 par le Tribunal de première instance de Genève. Ce jugement a, entre autres points, ordonné au chiffre 11 de son dispositif à l'institution de prévoyance professionnelle de X._ de transférer la somme de 315'197 fr. 20 sur le compte de libre passage de Y._.
A.b Statuant sur appel de X._, la Cour de justice du canton de Genève a, par arrêt du 13 septembre 2002, annulé le chiffre 11 de ce jugement, ordonné le partage par moitié des avoirs de prévoyance accumulés par les parties depuis leur mariage jusqu'au 1er mars 2002, date d'entrée en force du divorce dont le prononcé n'était pas remis en cause, et transmis la cause au Tribunal administratif pour arrêter les montants déterminants et exécuter le partage.
Par arrêt du 31 mars 2003, le Tribunal fédéral a rejeté le recours déposé par X._ contre cette décision (5C.240/2002).
A.c Dans l'intervalle, par décisions des 16 juillet et 24 octobre 2002, l'assurance-invalidité fédérale a reconnu Y._ invalide à 40% du 1er avril au 30 novembre 2001, puis à 80% dès le 1er décembre 2001, et lui a rétroactivement octroyé une rente avec effet au 1er avril 2001.
B. B.a Par arrêt du 28 octobre 2003, le Tribunal administratif du canton de Genève a constaté que la question de la liquidation des prétentions des époux en matière de prévoyance professionnelle avait été définitivement tranchée le 31 mars 2003, date de l'arrêt du Tribunal fédéral. Cela étant, même à considérer que le prononcé du divorce était déjà définitif le 1er mars 2002, il était néanmoins devenu impossible d'exécuter le partage de la prévoyance des parties selon la clé de répartition fixée par le juge du divorce, compte tenu du cas de prévoyance survenu pour Y._ en 2001. Le Tribunal administratif a ainsi renvoyé les parties à agir devant le juge civil pour fixer l'indemnité équitable prévue par l'<ref-law>.
B.b Le 5 septembre 2008, Y._ a saisi le Tribunal de première instance de Genève d'une demande de révision du jugement de divorce du 24 janvier 2002, concluant à la rétractation du chiffre 11 de son dispositif et à ce qu'il soit statué à nouveau sur ce point, en fixant, en sa faveur, une indemnité équitable au sens de l'<ref-law> d'au moins 315'000 fr. avec intérêts à 5% dès le 2 mars 2005.
Par arrêt du 26 février 2009, ce tribunal a, sur incident d'irrecevabilité, déclaré recevable la demande de révision, au titre d'action en complètement du jugement de divorce.
B.c Statuant sur appel de X._, la Cour de justice du canton de Genève a confirmé cette décision par arrêt du 18 septembre 2009.
C. X._ interjette le 26 octobre 2009 un recours en matière civile au Tribunal fédéral contre cet arrêt, concluant à sa réforme en ce sens que l'intimée est déboutée de toutes ses conclusions; subsidiairement, il conclut à son annulation et au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouvelle décision.
L'intimée n'a pas été invitée à se déterminer.

Considérant en droit:
1. 1.1 Le Tribunal fédéral examine d'office et librement la recevabilité des recours qui lui sont soumis (<ref-ruling> consid. 2 p. 630 et les arrêts cités).
1.2 L'arrêt attaqué est une décision incidente rendue sur la question de la recevabilité de la demande de révision déposée par l'intimée.
Aux termes de l'<ref-law>, le recours est recevable contre les décisions préjudicielles et incidentes qui sont notifiées séparément et qui portent sur la compétence ou sur une demande de récusation (al. 1); ces décisions ne peuvent plus être attaquées ultérieurement (al. 2). Les autres décisions préjudicielles et incidentes notifiées séparément ne peuvent faire l'objet d'un recours, selon l'<ref-law>, que (a) si elles peuvent causer un préjudice irréparable, ou (b) si l'admission du recours peut conduire immédiatement à une décision finale qui permet d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse. Si le recours n'est pas recevable au regard de ces conditions ou s'il n'a pas été utilisé, les décisions préjudicielles et incidentes peuvent être attaquées par un recours contre la décision finale dans la mesure où elles influent sur le contenu de celle-ci (<ref-law>). Cette réglementation est fondée sur des motifs d'économie de la procédure: en tant que cour suprême, le Tribunal fédéral ne devrait en principe connaître qu'une seule fois de la même affaire, à la fin de la procédure, à moins que l'on ne se trouve dans l'un des cas où la loi autorise exceptionnellement, précisément pour des raisons d'économie de la procédure, un recours immédiat contre une décision préjudicielle ou incidente (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 630 et les références citées).
En l'espèce, l'arrêt attaqué constitue une décision incidente qui, dès lors qu'elle ne concerne pas la compétence ou la récusation (cf. <ref-law>), ne peut faire l'objet d'un recours immédiat au Tribunal fédéral que si l'une des deux hypothèses prévues par l'<ref-law> devait être réalisée.
1.3 Le recourant ne soutient pas - à juste titre - que l'arrêt entrepris lui causerait un préjudice irréparable. Il convient donc d'examiner si le recours est ouvert selon l'<ref-law>.
Selon cette disposition, le recours est ouvert contre les décisions préjudicielles ou incidentes, notifiées séparément, si son admission peut conduire immédiatement à une décision finale qui permet d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse. Cette règle est inspirée de celle posée par l'ancien art. 50 al. 1 OJ pour le recours en réforme, si bien qu'il y a lieu de se référer à la jurisprudence relative à cette disposition (<ref-ruling> consid. 1.2.3 p. 143; <ref-ruling> consid. 2.4 p. 633). La première des deux conditions cumulatives est réalisée si le Tribunal fédéral peut mettre fin une fois pour toutes à la procédure en jugeant différemment la question tranchée dans la décision préjudicielle ou incidente. Quant à la seconde condition, il appartient au recourant d'établir qu'une décision finale immédiate permettrait d'éviter une procédure probatoire longue et coûteuse, si cela n'est pas manifeste; il doit en particulier indiquer de manière détaillée quelles questions de fait sont encore litigieuses, quelles preuves - déjà offertes ou requises - devraient encore être administrées et en quoi celles-ci entraîneraient une procédure probatoire longue et coûteuse (<ref-ruling> consid. 2.4.1 et 2.4.2 p. 633 et les références). L'<ref-law> ne visant que la procédure probatoire, soit l'administration des preuves, il ne suffit pas que l'examen de l'ensemble des questions qui se posent en droit requière des recherches juridiques fastidieuses et une réflexion approfondie, ni que la complexité de la cause entraîne la rédaction de longues écritures, le cas échéant devant deux instances cantonales successives (arrêt 4A_23/2008 du 28 mars 2008 consid. 1.3, in SJ 2008 p. 389).
En l'espèce, l'admission de l'incident d'irrecevabilité soulevé par le recourant mettrait un terme à la cause, de sorte que la première condition est remplie. S'agissant de la seconde, le recourant se borne à affirmer, sans un mot d'explication, que "l'admission du présent recours conduirait à une décision finale qui permettrait d'éviter une procédure longue et inutile". Or, il n'est pas manifeste que l'instruction de la cause au fond, à savoir les mesures nécessaires à la détermination de l'indemnité équitable au sens de l'<ref-law> que le recourant pourrait être condamné à verser à l'intimée, sera longue et coûteuse. Quoi qu'il en soit, il appartenait au recourant, dans ces conditions, de satisfaire aux exigences de motivation rappelées ci-dessus, ce qu'il n'a pas fait.
Il s'ensuit que le recours est irrecevable.
2. Le recourant, qui succombe, supportera les frais judiciaires (<ref-law>). Il n'y a pas lieu d'allouer des dépens à l'intimée, qui n'a pas été invitée à se déterminer.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est irrecevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties et à la Chambre civile de la Cour de justice du canton de Genève.
Lausanne, le 24 novembre 2009
Au nom de la IIe Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Hohl Aguet