Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Bülach verurteilte X._ am 8. Juli 2009 wegen qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz im Sinne von Art. 19 Ziff. 1 Abs. 3 und 5 i.V.m. Art. 19 Ziff. 2 lit. a zu einer Freiheitsstrafe von 3 1⁄2 Jahren und zur Bezahlung einer Ersatzforderung von Fr. 15'000.--.
Auf Berufung von X._ hin bestätigte das Obergericht des Kantons Zürich am 22. Januar 2010 das erstinstanzliche Urteil, soweit angefochten.
B. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das Urteil vom 22. Januar 2010 aufzuheben und die Sache zu neuer Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
C. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.

Erwägungen:
1. Dem angefochtenen Urteil liegt folgender Sachverhalt zugrunde:
Der Beschwerdeführer stellte A._ und B._ die Y._ AG, deren Verwaltungsrat und Geschäftsführer er war, im Mai 2004 als angebliche Schweizer Importeurin von insgesamt 19,2 Tonnen Bananen unter anderem für die Abwicklung der Zollformalitäten zur Verfügung. Die Fracht wurde in einem auf seinen Namen angemieteten Lagerraum in Embrach eingelagert. Der Beschwerdeführer wusste, dass sich in der Bananenlieferung eine grosse Menge Kokain, gemäss seinen Angaben ca. 10 Kilogramm, befinden wird. Für seine Dienste wurde ihm von B._ eine Entschädigung von Fr. 1'500.-- pro Kilogramm Kokain versprochen. Nach Eintreffen der Bananenlieferung in der Schweiz wurde der Beschwerdeführer dahingehend orientiert, dass in der Bananenlieferung mehr, nämlich ca. 30-40 Kilogramm Kokain enthalten seien. Er wurde mit insgesamt Fr. 50'000.-- bis 55'000.-- entschädigt. Tatsächlich enthielt die Bananenlieferung über 150 Kilogramm Kokain, was dieser jedoch nicht wusste.
2. Der Beschwerdeführer rügt, er habe sich ausschliesslich als Gehilfe strafbar gemacht. Weder habe er die Vorstellung gehabt, als gleichberechtigter und mitverantwortlicher (Mit-)Täter zu agieren, noch habe er in irgend einem Moment über die erforderliche Tatherrschaft verfügt. Er habe nie die Absicht gehabt, als Täter oder Mittäter Anstalten zum Drogenhandel im Sinne von Art. 19 Ziff. 1 Abs. 3 und 5 BetmG zu treffen (Beschwerde S. 5 Ziff. 3 und 4).
2.1 Die allgemeinen Bestimmungen des Strafgesetzbuches finden auch im Betäubungsmittelstrafrecht Anwendung, soweit das Betäubungsmittelgesetz nicht selbst Bestimmungen aufstellt (Art. 26 BetmG). Art. 19 Ziff. 1 BetmG umschreibt nahezu alle Unterstützungshandlungen als selbständige Handlungen. Unterstützende Tatbeiträge sind daher nicht über die Regeln der Mittäterschaft, Anstiftung oder Gehilfenschaft in die eigentliche Tat einzubeziehen. Als Mittäter zu bestrafen ist deshalb auch, wer als (untergeordnetes) Mitglied einer Bande auf Geheiss handelte oder wer in der Organisation nur dienende Stellung einnahm und Handlungen von untergeordneter Bedeutung vornahm. Gehilfenschaft im Sinne von Art. 25 StGB liegt lediglich vor, wenn die objektive Mitwirkung an der Tat eines anderen sich auf einen untergeordneten, vom Gesetz nicht als selbständiges Delikt erfassten Beitrag beschränkt (<ref-ruling> E. 3.2 und 3.3).
2.2 Die Rüge ist unbegründet. Der Beschwerdeführer instrumentalisierte gemäss der vorinstanzlichen Sachverhaltsfeststellung die Y._ AG, um den Drogenimport zu ermöglichen. Er unterschrieb namens der Y._ AG den Frachtbrief und schoss B._ die Kosten für den Seetransport vor. Zudem unterzeichnete er den Mietvertrag betreffend den Lagerraum in Embrach (angefochtener Entscheid S. 9). Er hatte daher beim Drogenimport, entgegen seinen Vorbringen, sehr wohl eine aktive Rolle inne. Der Beschwerdeführer handelte vorsätzlich, da er wusste, dass in der Bananenlieferung eine grosse Menge Kokain enthalten sein wird. Sein Tatbeitrag kann nicht als blosse Gehilfenschaft qualifiziert werden.
3. 3.1 Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Strafzumessung. Er macht geltend, es sei ihm zu Unrecht eine erhöhte Strafempfindlichkeit aberkannt worden, obschon er verheiratet, in ein intaktes soziales und berufliches Umfeld eingebettet sowie Vater von drei Kindern sei. Weiter habe die Vorinstanz das Doppelverwertungsverbot verletzt, da sie die Drogenmenge als straferhöhend bewertete, obschon dieser Umstand bereits für die Qualifikation der Tat als schwerer Fall im Sinne von Art. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG einbezogen worden sei. Unberücksichtigt geblieben sei zudem, dass er von den ihm hierarchisch übergeordneten Personen abhängig gewesen sei und auf deren Weisung gehandelt habe. Der angefochtene Entscheid sei ungenügend begründet und verletze daher Art. 50 StGB (Beschwerde S. 8 f. Ziff. 3-7)
3.2 Die Strafrechtliche Abteilung des Bundesgerichts greift auf Beschwerde in Strafsachen hin nur ein, wenn die Vorinstanz den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn sie von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. durch Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat (<ref-ruling> E. 5.3.1; <ref-ruling> E. 2.1).
3.2 Die Strafrechtliche Abteilung des Bundesgerichts greift auf Beschwerde in Strafsachen hin nur ein, wenn die Vorinstanz den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn sie von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. durch Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat (<ref-ruling> E. 5.3.1; <ref-ruling> E. 2.1).
3.3 3.3.1 Die Verbüssung einer Freiheitsstrafe ist für jeden arbeitstätigen und in ein familiäres Umfeld eingebetteten Beschuldigten mit einer gewissen Härte verbunden. Als unmittelbare gesetzmässige Folge jeder Sanktion darf diese Konsequenz daher nur bei Vorliegen aussergewöhnlicher Umstände erheblich strafmindernd wirken. Solche können etwa aufgrund einer besonderen beruflichen oder familiären Situation gegeben sein (Urteile 6B_157/2009 vom 29. Oktober 2009 E. 4.4.3; 6B_470/2009 vom 23. November 2009 E. 2.5 mit Hinweisen).
Soweit der Beschwerdeführer vorbringt, er sei verheiratet, berufstätig und führe ein intaktes Sozialleben, macht er keine aussergewöhnlichen Umstände geltend. Die Vorinstanz verneint mit Verweis auf die Ausführungen des Bezirksgericht eine erhöhte Strafempfindlichkeit aufgrund seiner beruflichen Situation, wobei sie anfügt, es könne nicht von einer ernstlichen Behinderung bei der Wiedereingliederung ausgegangen werden (Urk. 24 S. 17). Dies wird in der Beschwerde auch nicht in Frage gestellt. Eine erhöhte Strafempfindlichkeit muss dem Beschwerdeführer auch in Berücksichtigung seiner familiären Verhältnisse nicht zwingend zugestanden werden, zumal er nicht darlegt, welche Rolle er bei der Betreuung seiner Kinder einnimmt. Das Bezirksgericht berücksichtigte hingegen bei der Berechnung der Ersatzforderung, dass er während der Zeit des Strafvollzugs einen Verdienstausfall hinzunehmen hat. Dabei trug es auch dem Umstand Rechnung, dass die Ehefrau des Beschwerdeführers nur 40 % arbeitet und monatlich Fr. 2'500.-- verdient. In Würdigung dieser Umstände reduzierte es die zu leistende Ersatzforderung auf Fr. 15'000.--. Die Vorinstanz durfte bei der Bemessung der Freiheitsstrafe daher, ohne Bundesrecht zu verletzen, eine über das normale Mass hinausgehende Strafempfindlichkeit des Beschwerdeführers verneinen.
3.3.2 Das sog. Doppelverwertungsverbot besagt, dass Umstände, die zur Anwendung eines höheren bzw. tieferen Strafrahmens führen, innerhalb des geänderten Strafrahmens nicht noch einmal als Straferhöhungs- oder Strafminderungsgrund herangezogen werden dürfen. Indessen darf der Richter zusätzlich berücksichtigen, in welchem Ausmass ein qualifizierender oder privilegierender Tatumstand gegeben ist. Der Richter verfeinert damit nur die Wertung, die der Gesetzgeber mit der Festsetzung des Strafrahmens vorgezeichnet hat (<ref-ruling> E. 2b; <ref-ruling> E. 2b). Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts liegt der Grenzwert für die Annahme eines schweren Falls gemäss Art. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG bei 12 g reinem Heroin bzw. 18 g reinem Kokain (<ref-ruling> E. 2a; <ref-ruling>). Liegt die angelastete Betäubungsmittelmenge, wie vorliegend, ein Vielfaches über dem Grenzwert für die Annahme eines schweren Falls, darf die Menge der umgesetzten Drogen unter Berücksichtigung der damit einhergehenden Gesundheitsgefährdung vieler Menschen bei der Strafzumessung zusätzlich straferhöhend berücksichtigt werden (Urteil 6P.149/2006 vom 12. Oktober 2006 E. 7.3). Eine Verletzung des Doppelverwertungsverbots liegt nicht vor.
3.3.3 Die Vorinstanz berücksichtigt, dass der Beschwerdeführer hierarchisch unter A._ und B._ einzustufen ist und die Idee für den Drogenimport nicht von ihm kam. Ein eigentliches Abhängigkeitsverhältnis und ein blosses Handeln auf Weisung verneint sie hingegen, da der Beschwerdeführer beim Drogenhandel auch eine aktive Rolle übernommen habe und für seine Dienste mit einer hohen, fünfstelligen Summe entschädigt worden sei (angefochtenes Urteil S. 12). Von einer Abhängigkeit kann daher nicht gesprochen werden. Dieser Umstand blieb bei der Strafzumessung denn auch zu Recht unberücksichtigt.
3.3.4 Der angefochtene Entscheid genügt schliesslich den gesetzlichen Begründungsanforderungen. Die Vorinstanz legt dar, weshalb aufgrund des Tatverschuldens eine Freiheitsstrafe im Rahmen von etwa acht Jahren als angemessen erschiene. Erheblich strafmindernd im Umfang von annähernd einem Drittel wertet sie jedoch das Geständnis des Beschwerdeführers, seine Kooperation in der Untersuchung sowie seine nach der Tat glaubhaft bekundete Einsicht und Reue. Eine leichte Strafminderung billigt sie ihm zudem aufgrund seines guten Leumunds zu, dies obschon er gemäss schweizerischem Strafregister vorbestraft ist. Ebenfalls strafmindernd berücksichtigt sie, dass er sich nach der Kokainlieferung vom Mai 2004 aus eigenem Antrieb aus dem Drogengeschäft zurückzog und sich seither wohl verhielt. Auch wenn die vorinstanzliche Begründung, weshalb in Anbetracht der Tatkomponenten von einer Freiheitsstrafe von etwa acht Jahren auszugehen wäre, eher knapp ausfällt, so wirkt sich dies nicht zum Nachteil des Beschwerdeführers aus, da sie die Strafe anschliessend aufgrund der Täterkomponenten grosszügig um mehr als die Hälfte mindert und im Ergebnis ohnehin an das Schlechterstellungsgebot gebunden ist. Nicht erforderlich ist, dass der Sachrichter in absoluten Zahlen oder in Prozenten angibt, inwieweit er einem bestimmten Faktor straferhöhend bzw. strafmindernd Rechnung trägt (<ref-ruling> E. 2b). Die ausgesprochene Freiheitsstrafe von 3 1⁄2 Jahren hält sich im Rahmen des dem Sachgericht zustehenden Ermessens. Eine Verletzung von Bundesrecht ist nicht auszumachen.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, sein Verfahren sei zu Unrecht von jenem gegen die weiteren am Drogenimport beteiligten Personen abgetrennt worden. Er sei quasi als "Pionierfall" abgeurteilt worden, wobei beide Vorinstanzen es unterlassen hätten, seine Strafe mit derjenigen gegen die Beteiligten zu koordinieren und zu harmonisieren. Die unterschiedliche Behandlung der Teilnehmer verletzte das durch die EMRK garantierte Prinzip des "fair trail". Die Verfahrenseinheit sei auch in Art. 343 StGB und zukünftig in Art. 29 Abs. 1 lit. b der eidgenössischen StPO vorgesehen. Die Verfahrenstrennung sei nach Art. 30 der eidgenössischen StPO nur zulässig, wenn gewichtige oder sachliche Gründe dafür sprechen würden, was vorliegend nicht der Fall sei. Das Verfahren gegen B._ laufe fast parallel und nur um wenige Monate zeitversetzt hinter seinem Verfahren her. Dennoch seien die beide Beteiligten be- oder entlastenden Umstände nicht in die Akten seines Verfahrens eingeflossen. Auch das Beschleunigungsgebot vermöge die Zerstückelung der Verfahren und die damit einhergehende Gefahr widersprüchlicher oder zumindest nicht aufeinander abgestimmter Urteile durch verschiedene Gerichte bzw. zu verschiedenen Zeitpunkten nicht zu rechtfertigen (Beschwerde S. 6 f.).
4.2 Die Vorinstanz erwägt, das Verfahren gegen den Beschwerdeführer resultiere aus einem mehrjährigen und äusserst umfangreichen Ermittlungsverfahren verschiedener Kantone und der Bundesanwaltschaft betreffend die Einfuhr von Kokain im dreistelligen Kilobereich von Kolumbien in die Schweiz. Insbesondere bei Verstössen gegen das Betäubungsmittelgesetz sei es nicht praktikabel, sämtliche an einem Drogenhandel Beteiligten gemeinsam zu beurteilen. Ein solches Vorgehen würde auch dem Beschleunigungsgebot entgegenstehen. Vorliegend seien am eigentlichen Import des Kokains, nebst dem Beschwerdeführer, lediglich A._ und B._ beteiligt gewesen. Bei Ersterem handle es sich um den kolumbianischen Drahtzieher der Kokainimporte in die Schweiz. Das Verfahren gegen diesen werde von der Bundesanwaltschaft geführt. Da er zurzeit unbekannten Aufenthalts sei, sei in naher Zukunft nicht mit einem Urteil zu rechnen. Angesichts seiner hierarchischen Stellung sei er ohnehin kein mit dem Beschwerdeführer vergleichbarer Mitangeschuldigter. B._ sei im Unterschied zum Beschwerdeführer noch an weiteren Kokainimporten beteiligt gewesen. Gemäss Auskunft der Staatsanwaltschaft werde gegen diesen in den nächsten Wochen Anklage an das Bezirksgericht Bülach erhoben, wobei eine Freiheitsstrafe von 13 Jahren beantragt werde. Auch dieser sei somit nicht mit dem Beschwerdeführer vergleichbar. Es erscheine daher zweckmässig, sachgerecht und nicht im Widerspruch mit dem Prinzip des "fair trail", das Verfahren gegen den Beschwerdeführer separat zu führen und diesen als Erster vor Gericht zu stellen. Ein Zuwarten mit der Anklageerhebung hätte dem Beschleunigungsgebot widersprochen (angefochtenes Urteil S. 7 f.).
Die Vorinstanz weist überdies darauf hin, dass die Staatsanwaltschaft nur den vom Beschwerdeführer eingestandenen und für diesen im Hinblick auf die objektiven Tatumstände günstigen Sachverhalt einklagte, weshalb diesem durch die Verfahrensabtrennung auch diesbezüglich keine Nachteile erwachsen seien. Der Beizug weiterer Akten aus den Verfahren gegen die Beteiligten hätte ihn allenfalls noch mehr belastet, zumindest aber nicht weiter entlastet (angefochtenes Urteil S. 6).
4.3 Die Verfahrenstrennung wird von der Vorinstanz sachlich begründet. Art. 343 Abs. 2 StGB besagt unter der Marginalie "Gerichtsstand der Teilnehmer" lediglich, dass zur Verfolgung und Beurteilung von Mittätern die Behörden des Ortes zuständig sind, wo die Untersuchung zuerst angehoben wurde. Ob und gegebenenfalls unter welchen Voraussetzungen zwei oder mehrere Strafverfahren getrennt durchzuführen oder zu vereinigen sind, ergibt sich derzeit noch aus dem kantonalen Prozessrecht. Inwiefern die Vorinstanz dieses willkürlich angewendet haben soll, legt der Beschwerdeführer nicht dar. Eine Verletzung des Anspruchs auf ein faires Verfahren nach Art. 6 Ziff. 1 EMRK ist nicht ersichtlich und wird vom Beschwerdeführer im Übrigen ebenfalls nicht ausreichend begründet (vgl. Art. 106 Abs. 2 BGG; <ref-ruling> E. 2.2). Stehen die Taten mehrerer Angeschuldigter in einem nahen sachlichen Zusammenhang, sollten die Strafverfolgungsbehörden nach der Rechtsprechung nicht leichthin eine Verfahrenstrennung vornehmen, wenn Umfang und Art der Beteiligung wechselseitig bestritten sind und die Gefahr besteht, dass der eine Teilnehmer die Schuld dem andern zuweisen will (<ref-ruling> E. 4b; Urteile 6P.128/2001 vom 18. Dezember 2001 E. 2a/cc; 1P.671/1996 vom 24. März 1997 E. 3). Diese Gefahr bestand vorliegend jedoch nicht, da die Staatsanwaltschaft nur den vom Beschwerdeführer eingestandenen Sachverhalt anklagte. Die aktenkundigen weitergehenden Anschuldigungen von B._ in Bezug auf die Höhe der an den Beschwerdeführer ausgerichteten Entschädigung bildeten nicht Prozessgegenstand (angefochtener Entscheid S. 6). Der Beschwerdeführer kann schliesslich auch aus dem von ihm angerufenen <ref-ruling> nichts für sich ableiten. Danach hat das Gericht, welches im gleichen Verfahren zwei Mittäter zu beurteilen hat, den Grundsatz der Gleichbehandlung und Gleichmässigkeit der Strafzumessung zu beachten. Dass Mittäter zwingend im gleichen Verfahren zu beurteilen sind, ergibt sich daraus nicht.
5. Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung von Art. 43 und Art. 50 StGB, da die Vorinstanz es unterlassen habe zu prüfen, ob nicht auch eine Freiheitsstrafe von 3 Jahren, für welche nach Art. 43 StGB der teilbedingte Strafvollzug gewährt werden könnte, noch angemessen gewesen wäre (Beschwerde S. 9 f.).
5.1 Bei Freiheitsstrafen von mehr als drei Jahren kommt nur der vollständige Vollzug in Frage (vgl. Art. 43 Abs. 1 StGB). Auch die relativ flexible Regelung im neuen Sanktionensystem sieht somit notwendigerweise objektive und starre Grenzen vor (BGE <ref-ruling> E. 3.3). Damit wird nicht ausgeschlossen, die Folgen einer unbedingten Freiheitsstrafe im Rahmen von Art. 47 Abs. 1 StGB in die Strafzumessung mit einzubeziehen (BGE <ref-ruling> E. 3.4). Führt die Strafzumessung unter Würdigung aller wesentlichen Umstände zu einer Freiheitsstrafe, welche im Bereich eines Grenzwertes zum bedingten bzw. teilbedingten Strafvollzug liegt, hat sich der Richter daher zu fragen, ob - zugunsten des Beschuldigten - eine Sanktion, welche die Grenze nicht überschreitet, noch innerhalb des Ermessensspielraums liegt. Bejaht er die Frage, hat er die Strafe in dieser Höhe festzulegen. Verneint er sie, ist es zulässig, auch eine nur unwesentlich über der Grenze liegende Freiheitsstrafe auszufällen. Der Richter hat diesen Entscheid im Urteil ausdrücklich zu begründen, andernfalls er die Begründungspflicht nach Art. 50 StGB verletzt (BGE <ref-ruling> E. 3.5 und 3.6).
5.2 Die Vorinstanz erwägt, die vom Bezirksgericht ausgefällte Strafe erscheine angemessen, wenn nicht sogar eher milde. Einer Erhöhung der Strafe stehe das Verschlechterungsgebot gegenüber. Damit bringt sie zum Ausdruck, dass eine Reduktion der Freiheitsstrafe von 3 1⁄2 auf 3 Jahre nicht mehr angemessen wäre. Eine Verletzung von Art. 43 oder Art. 50 StGB liegt nicht vor.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens wird der Beschwerdeführer kostenpflichtig (Art. 66 Abs. 1 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. Juli 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Die Gerichtsschreiberin:
Schneider Unseld