Sachverhalt:
A. Die X._ GmbH (Beschwerdeführerin) mietete im Jahre 2003 von der damaligen Eigentümerin Swiss Dairy Food AG 1'400m2 Fläche im sogenannten Toni-Areal (stillgelegte Toni-Molkerei) im Zürcher Stadtkreis 5 und betreibt dort seither den Club A._. Die Allreal Toni AG (Beschwerdegegnerin) ist die heutige Eigentümerin des Toni-Areals. Der Mietvertrag war bis 31. Dezember 2005 befristet. Hinsichtlich einer allfälligen Fortsetzung des Mietverhältnisses enthielt der Vertrag folgenden Passus:
"Der Mieter nimmt zur Kenntnis, dass der Eigentümer derzeit verschiedene Nutzungen des Areals prüft und vor diesem Hintergrund mit einer nachträglichen Verlängerung des Mietverhältnisses oder einem neuen Vertragsabschluss nicht gerechnet werden kann. Die kurze Vertragsdauer hat der Mieter auch bei seinen mieterseitigen Investitionen und daraus resultierenden Abbruchkosten stets im Auge zu behalten.
Falls der Vermieter nach dem 31.12.2005 über die Mietsache nicht verfügen will, das Objekt nicht abgerissen oder einer anderen Nutzung zugeführt wird, und daher das Vertragsobjekt nochmals vermietet wird, räumt der Vermieter dem Mieter hiermit ein Vormietrecht an der Mietfläche ... ein. Der Mieter bekundet bereits heute sein Interesse, das Mietverhältnis über den 31.12.2005 hinaus weiterzuführen."
Für die später in Nachlassliquidation geratene Swiss Dairy Food AG handelte das Betreibungsamt Zürich 5, das seinerseits die C._ beizog.
A.a Mit "Nachtrag Nr. 2" vom April 2004 verlängerten die Beschwerdeführerin und die Swiss Dairy Food AG in Nachlassliquidation den Mietvertrag um drei Jahre:
"Präambel
(...)
Im Hinblick auf die zukünftige Zusammenarbeit zwischen den Parteien sowie aufgrund des momentanen Planungsstandes auf dem Toni-Areal ist eine Vertragsverlängerung um 3 Jahre möglich. Die Parteien vereinbaren daher was folgt:
1. Vertragsverlängerung / -vertragsdauer
Das zwischen den Parteien bestehende Mietverhältnis wird hiermit um 3 Jahre verlängert und endigt somit per 31. Dezember 2008, ohne dass es einer Kündigung bedarf.
Über eine weitere mögliche Vertragsverlängerung werden sich die Parteien spätestens Ende Dezember 2008 schriftlich einigen und einen allfälligen Nachtrag zum Mietvertrag abschliessen."
A.b Das Eigentum an der Mietsache ging hernach auf die Bank B._ über. Mit Schreiben vom 20. Juli 2007 teilte diese der Beschwerdeführerin mit, eine weitere Verlängerung des Mietverhältnisses über den 31. Dezember 2008 hinaus sei definitiv nicht möglich, da die Rückbauarbeiten im Januar 2009 beginnen würden.
A.c Im Oktober 2007 traten die Änderungen des privaten Gestaltungsplans Toni-Areal aus dem Jahr 2002 in Kraft. Gestützt auf den geänderten Gestaltungsplan erteilte die Bausektion des Stadtrats im Juni 2008 der Bank B._ die Baubewilligung für eine Umnutzung des Toni-Areals. Vorgesehen ist eine Mischnutzung mit Wohnungen, Gewerbe und der Zürcher Fachhochschule der Künste. Die Baubewilligung ist rechtskräftig.
B. Im Oktober 2008 beantragte die Beschwerdeführerin bei der Schlichtungsbehörde Zürich die Erstreckung des Mietverhältnisses um drei Jahre. Die Schlichtungsbehörde wies das Erstreckungsbegehren ab. Vor dem Mietgericht Zürich beantragte die Beschwerdeführerin daraufhin eine (erstmalige) Erstreckung des Mietverhältnisses um ein Jahr. Das Mietgericht wies die Klage am 30. April 2009 ab. Gleich entschied das Obergericht des Kantons Zürich am 24. August 2009. Die Beschwerdeführerin reichte gegen den Entscheid des Obergerichts sowohl kantonale Nichtigkeitsbeschwerde beim Kassationsgericht des Kantons Zürich als auch Beschwerde in Zivilsachen beim Bundesgericht ein. Im Oktober 2009 machte die Beschwerdeführerin sodann bei der Schlichtungsbehörde ein zweites Mieterstreckungsgesuch anhängig. Das entsprechende Verfahren wurde bis zum rechtskräftigen Entscheid des Bundesgerichts über die hängige Beschwerde sistiert.
C. Das Kassationsgericht wies die Nichtigkeitsbeschwerde am 23. Dezember 2009 ab, soweit es darauf eintrat. Auch dagegen erhob die Beschwerdeführerin Beschwerde in Zivilsachen beim Bundesgericht. In beiden Beschwerden beantragt die Beschwerdeführerin, den jeweils angefochtenen Entscheid aufzuheben und ihre Klage auf erstmalige Erstreckung des Mietverhältnisses um ein Jahr gutzuheissen. Das Bundesgericht erteilte den Beschwerden auf Antrag der Beschwerdeführerin aufschiebende Wirkung.
Die Beschwerdegegnerin schliesst auf Abweisung der Beschwerden, soweit darauf einzutreten sei. Die Vorinstanzen haben auf eine Vernehmlassung verzichtet.

Erwägungen:
1. 1.1 Gemäss <ref-law> ist die Beschwerde zulässig gegen Entscheide letzter kantonaler Instanzen und des Bundesverwaltungsgerichts. Soweit sich die Beschwerden gegen das Urteil des Mietgerichts richten, ist darauf von vornherein nicht einzutreten.
Letztinstanzlichkeit gemäss <ref-law> bedeutet, dass der kantonale Instanzenzug für die Rügen, die dem Bundesgericht vorgetragen werden, ausgeschöpft sein muss (<ref-ruling> E. 1.3 S. 527 mit Hinweisen). Mit der kantonalen Nichtigkeitsbeschwerde kann eine Verletzung eines wesentlichen Verfahrensgrundsatzes, eine aktenwidrige oder willkürliche tatsächliche Annahme sowie eine Verletzung klaren materiellen Rechts geltend gemacht werden (§ 281 Ziff. 1-3 des Gesetzes vom 13. Juni 1976 über den Zivilprozess [ZPO; LS 271]). Ausgeschlossen ist die Nichtigkeitsbeschwerde, wenn das Bundesgericht einen Mangel frei überprüfen kann, wobei sie - soweit das Bundesgericht das Recht nicht von Amtes wegen anwendet - stets zulässig ist, wenn eine Verletzung von Art. 8, 9, 29 oder 30 BV oder von Art. 6 EMRK geltend gemacht wird (<ref-law>/ZH; vgl. dazu <ref-ruling> E. 3.2 S. 587 mit Hinweis).
Soweit in der Beschwerde gegen den Beschluss des Obergerichts Rügen erhoben werden, die mit kantonaler Nichtigkeitsbeschwerde beim Kassationsgericht hätten geltend gemacht werden können, ist darauf mangels Ausschöpfung des kantonalen Instanzenzugs nicht einzutreten.
1.2 In der Beschwerde gegen den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts beantragt die Beschwerdeführerin lediglich die Aufhebung dieses Entscheids, nicht aber die Aufhebung des obergerichtlichen Beschlusses. Damit ist fraglich, ob in der Beschwerde gegen den kassationsgerichtlichen Beschluss Rügen gegen den obergerichtlichen Entscheid zulässig sind. Die Frage braucht nicht vertieft behandelt zu werden, da sich die Beschwerden - wie zu zeigen sein wird - ohnehin als unbegründet erweisen.
Im Hinblick auf <ref-law> ist unerlässlich, dass die Beschwerde auf die Begründung des angefochtenen Entscheids eingeht und im Einzelnen aufzeigt, worin eine Verletzung von Bundesrecht liegt. Die Beschwerdeführerin soll in der Beschwerdeschrift nicht bloss die Rechtsstandpunkte, die sie im kantonalen Verfahren eingenommen hat, erneut bekräftigen, sondern mit ihrer Kritik an den als rechtsfehlerhaft erachteten Erwägungen der Vorinstanz ansetzen (vgl. <ref-ruling> E. 2.1 S. 245 f.; <ref-ruling> E. 2a S. 400). Ferner hat die Begründung in der Beschwerdeschrift selbst zu erfolgen und der blosse Verweis auf kantonale Akten ist unzulässig (<ref-ruling> E. 1d S. 201 mit Hinweis).
In ihrer Beschwerde gegen den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts wiederholt die Beschwerdeführerin in erster Linie die gegen den Entscheid des Obergerichts eingereichte Beschwerde und gibt seitenweise die kantonale Nichtigkeitsbeschwerde wieder. Indem die Beschwerdeführerin den Erwägungen, die sie aus früheren Rechtsschriften übernimmt, Zitate der Erwägungen des Obergerichts und Kassationsgerichts voranstellt, genügt sie den Begründungsanforderungen nicht. Sie setzt sich nicht rechtsgenügend mit den Erwägungen des Kassationsgerichts auseinander und zeigt nicht hinreichend auf, inwiefern das Kassationsgericht damit, dass es keinen Nichtigkeitsgrund angenommen hat, Recht verletzt haben soll. Deshalb kann auf die Beschwerde über weite Strecken nicht eingetreten werden.
2. Die Beschwerdeführerin ist der Auffassung, die kantonalen Instanzen hätten den massgebenden Sachverhalt offensichtlich unrichtig sowie bundesrechtswidrig festgestellt. Sie macht eine Verletzung von <ref-law>, Art. 9 und Art. 29 Abs. 2 BV, Art. 18 und <ref-law> geltend.
2.1 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht (<ref-law>). Überdies muss die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein (<ref-law>).
2.2 Rügen betreffend die Beweiswürdigung durch die kantonalen Instanzen sind von vornherein nur gegen den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts zulässig (vgl. E. 1). Aber auch diesbezüglich genügt die Beschwerdeführerin den Begründungsanforderungen nicht, da sie in unzulässiger Weise appellatorische Kritik an der Beweiswürdigung der kantonalen Gerichte übt und Ergänzungen bezüglich der tatsächlichen Feststellungen vornimmt, als ob dem Bundesgericht im Beschwerdeverfahren die freie Prüfung aller Tatfragen zukäme (<ref-ruling> E. 2.2 S. 246; <ref-ruling> E. 1.4.3 S. 254 f.; je mit Hinweisen). Zudem verkennt die Beschwerdeführerin, dass die kantonalen Instanzen ihre Vorbringen über weite Strecken als rechtlich irrelevant erachteten. Ob diese Annahme zutrifft, ist eine Rechtsfrage, die es nachfolgend zu prüfen gilt.
3. 3.1 Hat die Beendigung der Miete für den Mieter oder seine Familie eine Härte zur Folge, die durch die Interessen des Vermieters nicht zu rechtfertigen wäre, kann der Mieter die Erstreckung des Mietverhältnisses verlangen (<ref-law>). Ausgeschlossen ist eine Erstreckung gemäss <ref-law> bei Kündigungen wegen Zahlungsrückstands des Mieters (lit. a), wegen schwerer Verletzung der Pflicht des Mieters zu Sorgfalt und Rücksichtnahme (lit. b) und wegen Konkurses des Mieters (lit. c) oder wenn ein Mietvertrag im Hinblick auf ein bevorstehendes Umbau- oder Abbruchvorhaben ausdrücklich nur für die beschränkte Zeit bis zum Baubeginn oder bis zum Erhalt der erforderlichen Bewilligung abgeschlossen wurde (lit. d).
3.2 Soweit die Erstreckung nicht nach <ref-law> ausgeschlossen ist, berücksichtigt die zuständige Behörde nach <ref-law> bei der Interessenabwägung für den Entscheid über die Erstreckung insbesondere die Umstände des Vertragsschlusses und den Inhalt des Vertrags (lit. a), die Dauer des Mietverhältnisses (lit. b), die persönlichen, familiären und wirtschaftlichen Verhältnisse der Parteien und deren Verhalten (lit. c), einen allfälligen Eigenbedarf des Vermieters für sich, nahe Verwandte oder Verschwägerte sowie die Dringlichkeit des Bedarfs (lit. d) und überdies die Verhältnisse auf dem örtlichen Markt für Wohn- und Geschäftsräume (lit. e).
3.2.1 Die Bestimmungen über die Erstreckung der Mietverhältnisse bezwecken, die Folgen der Vertragsauflösung für die Mietpartei zu mildern, indem ihr mehr Zeit für die mit der Auflösung des Mietverhältnisses erforderliche Neuorientierung gelassen wird (<ref-ruling> E. 3b S. 448). <ref-law> regelt nicht, wie die aufgestellten Kriterien zu gewichten sind, und letztlich kann für den Entscheid nur massgebend sein, welche Interessen im Ergebnis der gesamthaften Gewichtung inwieweit überwiegen (Peter Higi, Zürcher Kommentar, 1996, a.a.O., N. 124 zu <ref-law>). Überwiegen die Härtegründe für den Mieter, ist eine Erstreckung zwingend zu gewähren, während die Erstreckung regelmässig ausgeschlossen ist, wenn die Interessenabwägung zugunsten des Vermieters ausfällt (HIGI, a.a.O., N. 110 und N. 131 ff. zu <ref-law>).
3.2.2 Auch bei befristeten Mietverhältnissen ist eine Erstreckung nach <ref-law> zulässig. Eine solche ist jedoch nur mit grösster Zurückhaltung zu gewähren, da der Zeitpunkt der Vertragsbeendigung bei befristeten Vertragsverhältnissen von Anfang an bekannt ist (vgl. Urteil 4A_552/2009 vom 1. Februar 2010 E. 2.5.1 mit Hinweisen). Es können sich jedoch Änderungen im Umfeld oder in der Person des Mieters ergeben, die im Zeitpunkt der Vereinbarung der Befristung noch nicht abzusehen waren und insoweit eine Härte der Vertragsauflösung begründen (HIGI, a.a.O., N. 67 zu <ref-law> mit Hinweisen).
3.3 Der Entscheid über die Erstreckung beruht auf richterlichem Ermessen. Derartige Ermessensentscheide überprüft das Bundesgericht an sich frei. Es übt dabei aber Zurückhaltung und schreitet nur ein, wenn die Vorinstanz grundlos von in Lehre und Rechtsprechung anerkannten Grundsätzen abgewichen ist, wenn sie Tatsachen berücksichtigt hat, die für den Entscheid im Einzelfall keine Rolle hätten spielen dürfen, oder wenn sie umgekehrt Umstände ausser Betracht gelassen hat, die zwingend hätten beachtet werden müssen. Ausserdem greift das Bundesgericht in Ermessensentscheide ein, falls sich diese als offensichtlich unbillig, als in stossender Weise ungerecht erweisen (<ref-ruling> E. 2 S. 123 f.; <ref-ruling> E. 4b S. 230; je mit Hinweisen).
4. Das Obergericht erwog, eine Erstreckung nach <ref-law> sei grundsätzlich zulässig und wog die Interessen der Parteien ab. Zunächst hielt es fest, die von den damaligen Parteien vereinbarte Befristung des Mietvertrags im Hinblick auf die spätere Umnutzung des Toni-Areals sei ein starkes Argument gegen eine Erstreckung. In der Befristung könne kein missbräuchliches Verhalten seitens der Rechtsvorgängerin der Beschwerdegegnerin im Sinne eines "Kettenvertrags" erblickt werden. Die damalige Vermieterin sei von der Insolvenz bedroht gewesen, weshalb ein Wechsel des Eigentümers von Anfang an absehbar und damit auch bauliche Veränderungen sehr wahrscheinlich gewesen seien, selbst wenn im Frühling 2004 noch ungewiss gewesen sei, was mit dem Toni-Areal genau geschehen würde. Die Beschwerdeführerin habe zwar auf eine Vertragsverlängerung spekulieren, jedoch nicht damit rechnen dürfen. Zudem habe sie spätestens seit Erhalt des Schreibens der Bank B._ vom 20. Juli 2007 gewusst, dass die damalige Vermieterin mit einem Baubeginn im Januar 2009 gerechnet habe. Insofern seien von der Beschwerdegegnerin bzw. deren Rechtsvorgängerin keine Erwartungen geweckt worden, die mit dem Beharren auf der termingerechten Beendigung des Mietverhältnisses enttäuscht worden seien. Das Obergericht erachtete schliesslich die Suchbemühungen der Beschwerdeführerin als ungenügend und kam auch unter dem Aspekt allfälliger Drittinteressen zum Schluss, das Mietgericht habe der raschen Durchführung der Bauarbeiten im Ergebnis zu Recht hohes Gewicht beigemessen.
5. Die Beschwerdeführerin rügt, die kantonalen Instanzen hätten die "Umstände des Vertragsabschlusses" nach <ref-law> in Verletzung von <ref-law> nicht hinreichend berücksichtigt. Sie macht geltend, das Obergericht sei zu Unrecht davon ausgegangen, der Nachtrag Nr. 2 sei wie der erste Mietvertrag wegen der geplanten Umnutzung auf wenige Jahre befristet gewesen. Die Beschwerdeführerin habe die damaligen Vertragsparteien als Zeugen angeboten, einerseits zum Thema, dass bei Abschluss des Mietvertrags bzw. Nachtrags kein konkretes Bauvorhaben bestanden habe, anderseits zur Absicht beider Parteien, im Hinblick auf die inhaltlich und zeitlich unsicheren und möglicherweise verschiedenen künftigen Nutzungsformen für beide Seiten lukrative, ausdrücklich verlängerbare Mietverträge abzuschliessen. Die Zeugen seien jedoch nicht angehört worden.
5.1 Dass die Parteien eine Verlängerung des Mietverhältnisses in Betracht zogen, geht aus dem Vertragstext zweifelsfrei hervor. Dass kein konkretes Bauvorhaben bestand, ist unbestritten. Insoweit gehen die Vorbringen der Beschwerdeführerin an der Sache vorbei.
5.2 Die Beschwerdeführerin beruft sich sodann auf eine Lehrmeinung, wonach entscheidend sei, ob der Mieter bei Vertragsabschluss über die Umstände informiert worden sei, die sein Mietverhältnis zeitlich begrenzen, wobei vorausgesetzt werde, dass diese Umstände (geplanter Umbau etc.) bereits so konkret seien, dass für den Mieter das Ende des Mietverhältnisses schon bei Vertragsabschluss absehbar sei. Habe der Mieter auf ein lang andauerndes Mietverhältnis vertrauen dürfen, namentlich aufgrund einer Vertragsklausel, die ein Optionsrecht des Mieters für einen längeren Vertrag vorsehe, oder aufgrund mündlicher Zusicherungen, sei eine grosszügigere Erstreckung zu gewähren (vgl. LACHAT UND ANDERE, Das Mietrecht für die Praxis, 8. Aufl. 2009, Rz. 30/6.2 ff., S. 644). Die Beschwerdeführerin ist der Auffassung, aufgrund des die Verlängerungsmöglichkeit regelnden Nachtrags sei im Rahmen des Mieterstreckungsverfahrens von einem unbefristeten Mietverhältnis auszugehen, weshalb eine Erstreckung bei Vorliegen der übrigen Voraussetzungen in der Regel zu gewähren sei.
5.3 Der Nachtrag Nr. 2 wurde abgeschlossen, als sich die damalige Eigentümerin der Liegenschaft bereits in Nachlassliquidation befand. Die Nachlassliquidation ist von Natur aus ein nicht auf Dauer angelegtes Übergangsverhältnis. Die Gesellschaft soll zu Gunsten der Nachlassgläubiger möglichst gewinnbringend liquidiert werden. Aufgrund dieser Umstände konnte die Beschwerdeführerin von vornherein nicht auf einen langen Bestand des Mietverhältnisses bzw. auf eine langfristige Verlängerung vertrauen. Über die langfristige Nutzung des Areals entscheidet derjenige, der das Aktivum im Rahmen der Nachlassliquidation letztlich erwirbt, nicht die Liquidatoren. Vor diesem Hintergrund war die Möglichkeit des Endes ohne Weiterführung für den Mieter schon bei Vertragsabschluss absehbar (vgl. LACHAT UND ANDERE, a.a.O., Rz. 30/6.2, S. 644).
5.4 Indem vereinbart wurde, die Parteien würden sich über eine allfällige Verlängerung des Mietverhältnisses einigen, trug der Nachtrag der Unsicherheit der langfristigen Nutzung Rechnung. Zur Erreichung des durch die Nachlassliquidation angestrebten möglichst hohen Liquidationserlöses konnte einerseits ein Interesse an einer Weiterführung des Mietverhältnisses bestehen, sollte sich die Liquidation verzögern oder der Erwerber an der Weiterführung des Mietverhältnisses interessiert sein. Es konnte sich aber auch als lukrativ erweisen, das Mietverhältnis zum vereinbarten Zeitpunkt auslaufen zu lassen, um einem Erwerber die sofortige Umnutzung zu ermöglichen. Dass sich die Liquidatoren beide Optionen offenhalten wollten, ist legitim und musste der Beschwerdeführerin bewusst sein. Von einer Aneinanderreihung befristeter Verträge, sogenannte Kettenverträge, mit dem Ziel, den Kündigungsschutz abzuschwächen, kann keine Rede sein (vgl. LACHAT UND ANDERE, a.a.O., Rz. 24/3.11, S. 502).
5.5 Die Beschwerdeführerin musste nach dem Gesagten bereits bei Vertragsschluss mit der Möglichkeit rechnen, dass keine Verlängerung erfolgen würde. Gewissheit bestand in diesem Zeitpunkt aber nicht. Nach den Feststellungen der Vorinstanz hatte die Bank B._ indessen der Beschwerdeführerin bereits am 20. Juli 2007, d.h. rund 11⁄2 Jahre vor Auslauf des Vertrags, mitgeteilt, eine Verlängerung des Mietverhältnisses über den 31. Dezember 2008 hinaus sei definitiv nicht möglich. Ab diesem Zeitpunkt konnte sich die Beschwerdeführerin darauf einstellen, dass definitiv keine Verlängerung möglich sein würde. Wie konkret das Bauvorhaben war oder ob mit den Rückbauarbeiten bereits im Jahr 2008 begonnen wurde, spielt - entgegen der Auffassung der Beschwerdeführerin - keine Rolle. Auch inwieweit sie über die Abwicklung des tatsächlichen Bauvorhabens bzw. die Durchsetzung des Projekts vor den städtischen Behörden durch die Rechtsvorgängerin der Beschwerdegegnerin informiert wurde und was den Medien diesbezüglich zu entnehmen war, ist unerheblich. Da die Beschwerdeführerin aufgrund der Nachlassliquidation bereits bei Abschluss des Nachtrags Nr. 2 mit der Nichtverlängerung des Mietverhältnisses zu rechnen hatte und ihr rund 11⁄2 Jahre vor Ablauf des Mietverhältnisses unmissverständlich mitgeteilt wurde, das Mietverhältnis werde nicht verlängert, liegt kein Härtefall im Sinne von <ref-law> vor. Selbst wenn man mit der Beschwerdeführerin davon ausgehen würde, es liege ein unbefristetes Mietverhältnis vor, wäre nicht zu beanstanden, dass angesichts der gesamten Umstände und der frühzeitigen Mitteilung des Mietendes keine Erstreckung erfolgte, zumal eine frühzeitige Ankündigung der Kündigung beim Entscheid über die Erstreckung zu berücksichtigen ist, wenn der Mieter im Licht des Vertrauensprinzips keinen Zweifel daran haben konnte, der Vermieter werde die Ankündigung aus den damals erwähnten Gründen wahrmachen (vgl. Higi, a.a.O., N. 219 zu <ref-law>; a.M. Anita Thanei, Die Erstreckung des Mietverhältnisses, 1990, S. 25). Die kantonalen Instanzen haben daher im Ergebnis, unabhängig davon, ob bei Vertragsschluss ein konkretes Bauprojekt bestand, ihr Ermessen nicht überschritten und zu Recht die Erstreckung verweigert.
5.6 Daran vermögen weder die Vorbringen der Beschwerdeführerin zu ihren Suchbemühungen, welche das Obergericht insgesamt als ungenügend erachtete, etwas zu ändern noch die Rüge, Überlegungen zu den Einnahmequellen der hinter der Beschwerdeführerin stehenden Personen hätten nicht berücksichtigt und der raschen Durchführung der Bauarbeiten angesichts der finanziellen Interessen der Beschwerdegegnerin kein derart hohes Gewicht beigemessen werden dürfen. Selbst wenn man zugunsten der Beschwerdeführerin annimmt, ihre Suchbemühungen seien genügend, und die oben erwähnten Umstände nicht berücksichtigt oder anders gewichtet, liegt angesichts der Tatsache, dass sich die Vermieterschaft bei Abschluss des Nachtrags Nr. 2 in Nachlassliquidation befand und die Beschwerdeführerin 11⁄2 Jahre vor Ende des Mietverhältnisses über die Nichtverlängerung informiert wurde, kein Härtefall vor.
5.7 Ob eine Erstreckung bereits aufgrund von <ref-law> ausgeschlossen ist, wie die Beschwerdegegnerin behauptet, kann offenbleiben. Immerhin bestand bei Abschluss der Verträge unbestrittenermassen kein konkretes Bauprojekt, so dass zweifelhaft ist, ob die Bestimmung Anwendung finden kann, zumal die Lehre dafür eine einigermassen konkretisierte Planung des Bauvorhabens voraussetzt (vgl. HIGI, a.a.O., N. 32 zu <ref-law>; SVIT-Kommentar, Das schweizerische Mietrecht, 3. Aufl. 2008, N. 13 zu <ref-law>).
6. Nach dem Gesagten sind die Beschwerden abzuweisen, soweit überhaupt darauf eingetreten werden kann. Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend wird die Beschwerdeführerin kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 und Art. 68 Abs. 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerden werden abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 10'000.-- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
3. Die Beschwerdeführerin hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 12'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Zivilkammer, dem Kassationsgericht des Kantons Zürich und der Schlichtungsbehörde Zürich schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 11. Juni 2010
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Die Gerichtsschreiberin:
Klett Feldmann