Sachverhalt:
A. Mit Urteil und Beschluss vom 7. Oktober 2004 befand das Geschworenengericht des Kantons Zürich X._ der Vergewaltigung (<ref-law>) und der mehrfachen sexuellen Nötigung (Art. 189 Abs. 1 und 3 StGB) schuldig und verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von fünf Jahren und neun Monaten, als Zusatzstrafe zum Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 4. Oktober 2002. Von den Vorwürfen der schweren Körperverletzung (<ref-law>) und der mehrfachen Gefährdung des Lebens (<ref-law>) sprach es ihn frei. Weiter ordnete es eine vollzugsbegleitende ambulante Massnahme an (Art. 43 Ziff. 1 Abs. 1 aStGB). Ferner verpflichtete es X._, der Geschädigten A._ Schadenersatz im Betrag von Fr. 36'674.45 sowie eine Genugtuung von Fr. 25'000.-- zu bezahlen.
Die von X._ erhobene kantonale Nichtigkeitsbeschwerde hiess das Kassationsgericht des Kantons Zürich mit Sitzungsbeschluss vom 28. August 2006 teilweise gut, hob das Urteil des Geschworenengerichts vom 7. Oktober 2004 auf und wies die Sache zur Neubeurteilung zurück.
B. Nach Abnahme weiterer Beweise bestätigte das Geschworenengericht des Kantons Zürich mit Urteil und Beschluss vom 22. November 2007 die früheren Schuld- und Freisprüche sowie den Massnahme- und den Zivilpunkt. Hingegen reduzierte es die (Zusatz-)Strafe infolge der X._ nicht anzulastenden Verfahrensverlängerung auf fünf Jahre und drei Monate.
C. Gegen dieses Urteil reichte X._ einerseits (erneut) kantonale Nichtigkeitsbeschwerde ans Kassationsgericht des Kantons Zürich ein, welches diese mit Zirkulationsbeschluss vom 18. März 2009 abwies.
Andererseits führt X._ mit Eingabe vom 15. September 2008 eidgenössische Nichtigkeitsbeschwerde ans Bundesgericht mit den Anträgen, die Urteile des Geschworenengerichts des Kantons Zürich vom 7. Oktober 2004 und vom 22. November 2007 seien aufzuheben, und er sei freizusprechen oder die Sache sei zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Eventualiter sei er zu einer bedingten bzw. teilbedingten Freiheitsstrafe von drei Jahren zu verurteilen, wobei sechs Monate unbedingt auszusprechen seien und die Probezeit auf zwei Jahre anzusetzen sei. Subeventualiter sei er zu einer unbedingten Freiheitsstrafe zu verurteilen, unter Aufschub der Freiheitsstrafe zugunsten einer ambulanten Massnahme. Ferner seien die Schadenersatz- und Genugtuungsbegehren zurückzuweisen, eventuell abzuweisen.
Nicht angefochten hat X._ dagegen den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts des Kantons Zürich vom 18. März 2009.
Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.

Erwägungen:
1. 1.1 Soweit der Beschwerdeführer die Aufhebung des Urteils und Beschlusses des Geschworenengerichts des Kantons Zürich vom 7. Oktober 2004 beantragt, kann auf die Beschwerde nicht eingetreten werden, wurde doch dieses Urteil durch den Sitzungsbeschluss des Kassationsgerichts des Kantons Zürich vom 28. August 2006 vollumfänglich aufgehoben.
Anfechtungsobjekt bilden mithin einzig das Urteil und der Beschluss des Geschworenengerichts vom 22. November 2007. Das Verfahren vor Bundesgericht richtet sich nach dem am 1. Januar 2007 in Kraft getretenen Bundesgerichtsgesetz (vgl. <ref-law>). Die falsche Bezeichnung seiner Eingabe als eidgenössische Nichtigkeitsbeschwerde kann dem Beschwerdeführer nicht zum Nachteil gereichen. Diese ist als Beschwerde in Strafsachen entgegen zu nehmen.
1.2 Allerdings ist die Anfechtung des Urteils und Beschlusses des Geschworenengerichts auf Rügen beschränkt, die das Kassationsgericht nicht hat prüfen können oder mit engerer Kognition geprüft hat, als sie dem Bundesgericht im vorliegenden Verfahren zusteht. Fragen der Beweiswürdigung konnten gemäss § 430 Abs. 1 Ziff. 5 StPO/ZH vor Kassationsgericht als willkürlich gerügt werden. Da dem Bundesgericht diesbezüglich keine weitergehende Prüfungsbefugnis zukommt, sind die Rügen gegen die Beweiswürdigung des Geschworenengerichts mangels Letztinstanzlichkeit vor Bundesgericht unzulässig. Im Übrigen wäre es dem Beschwerdeführer unbenommen gewesen, den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts mit Beschwerde in Strafsachen beim Bundesgericht anzufechten und insbesondere vorzubringen, dieses habe auf die in der kantonalen Nichtigkeitsbeschwerde gegen das Urteil und den Beschluss des Geschworenengerichts vorgebrachte Rüge der willkürlichen Beweiswürdigung hin zu Unrecht Willkür verneint (vgl. Urteil des Bundesgerichts 6B_289/ 2008 vom 17. Juli 2008 E. 4.2).
Soweit sich der Beschwerdeführer somit gegen die Beweiswürdigung des Geschworenengerichts wendet, kann auf die Beschwerde nicht eingetreten werden.
2. Den Verurteilungen des Beschwerdeführers liegt der folgende Sachverhalt zugrunde (angefochtenes Urteil insbesondere S. 102 f.; vgl. auch Beschwerde S. 5 f.):
Die sexuellen Handlungen spielten sich am 4. August 2001 zwischen 03.00 und 05.00 Uhr in der Wohnung des Beschwerdeführers ab. Nach vorerst einvernehmlichem Geschlechtsverkehr würgte und vergewaltigte der Beschwerdeführer die Prostituierte A._. Daraufhin drang er nach einem weiteren Würgen anal in sie ein, zerrte sie alsdann am Nacken ins Badezimmer, fesselte ihr mit einem Bademantelgürtel die Hände auf den Rücken und drang erneut anal in sie ein. Anschliessend zog der Beschwerdeführer A._ in den Korridor, drang mit seiner Hand in ihre Vagina ein, wo er die Faust ballte und diese hin und her bewegte. In der Folge bedrohte er die immer noch gefesselte A._ mit einem Papierschneidemesser, brachte sie ins Schlafzimmer und würgte sie von Neuem. Zudem drang er auf dem Bett ein zweites Mal mit der Hand in ihre Vagina ein. Als der Beschwerdeführer bemerkte, dass A._ aus dem Unterleib blutete, rief er auf deren Bitten hin ein Taxi, welche sie ins Spital brachte. Dort wurden zwei Risse in der Scheidenhaut festgestellt, welche zu lebensgefährlichen Blutungen - A._ hatte zwei bis drei Liter Blut verloren - führten.
3. 3.1 Der Beschwerdeführer bestreitet bezüglich der ihm vorgeworfenen sexuellen Handlungen das Tatbestandsmerkmal der Grausamkeit. Auszugehen sei nicht von einem massiven oder minutenlangen, sondern von einem höchstens leichten Würgen. Zudem könne bei einer Fesselung mit einem Bademantelgürtel nicht von einer schmerzhaften Fesselung gesprochen werden. Ebenso wenig vermöchten die "Faustpenetrationen" eine ausserordentliche Gefühllosigkeit oder Rohheit zu begründen, denn selbst bei Zufügen erheblicher Schmerzen sei das Tatbestandsmerkmal der Grausamkeit nicht per se erfüllt (Beschwerde S. 7 - 14).
3.2 Die Vorinstanz hat in tatsächlicher Hinsicht verbindlich festgestellt, dass der Beschwerdeführer das Opfer minutenlang am Hals gewürgt und dieses hierdurch in quälende körperliche Bedrängnis sowie in Angst und Schrecken versetzt hat. Die Vorinstanz hat weiter ausgeführt, der Beschwerdeführer habe sich mit der Anwendung roher Gewalt und mit bemerkenswerter Rücksichtslosigkeit und Gefühllosigkeit über die von A._ offensichtlich empfundenen Ängste und Schmerzen hinweggesetzt. Als grausam zu qualifizieren seien auch die unter Fesselung des Opfers erfolgten sexuellen Nötigungen und die (teilweise unter vorgängiger Bedrohung mit einem Papierschneidemesser) vorgenommenen "Faustpenetrationen", welche bei A._ erhebliche Schmerzen im ganzen Unterleib hervorgerufen hätten (Urteil des Geschworenengerichts vom 7. Oktober 2004 S. 113 - 119).
3.3 Der qualifizierte Tatbestand von <ref-law> respektive von <ref-law> liegt vor, wenn der Täter grausam handelt, wenn er also unverhältnismässige oder gefährliche Tatmittel einsetzt und dadurch besondere Leiden zufügt, d.h. andere Schmerzen, als diejenigen, die die Frau schon deswegen erleidet, weil sie sexuell genötigt bzw. vergewaltigt wird. Dies sind Leiden, die mit der Begehung nicht notwendigerweise verknüpft sind, sondern die durch Sadismus oder zumindest durch die Absicht, Schmerzen zuzufügen, oder durch Rücksichtslosigkeit (Rohheit) und gegen fremde Leiden unbarmherzige Gesinnung (Gefühllosigkeit) bestimmt sind. Massives, minutenlanges und intermittierendes Würgen ist eine grausame (und gefährliche) Begehungsweise (<ref-ruling> E. 3d; vgl. auch Philipp Maier, Basler Kommentar StGB II, 2. Aufl. 2007, Art. 189 N. 46).
3.4 Ausgehend vom festgestellten Sachverhalt ist der Schluss auf ein grausames Handeln des Beschwerdeführers in sämtlichen Anklagepunkten nicht zweifelhaft. Mit seinem Vorgehen - dem minutenlangen Würgen, dem Fesseln, der Bedrohung mit einem Papierschneidemesser und den "Faustpenetrationen" - hat er dem Opfer offensichtlich psychische und physische Qualen zugefügt, die über das hinausgingen, was erforderlich war, um letzteres zur Duldung der sexuellen Handlungen bzw. zum Geschlechtsverkehr zu nötigen.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Strafzumessung. Er bringt vor, die Vorinstanz habe wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen. Insbesondere hätte sie den Umstand, dass er ein Taxi herbeigerufen habe, erheblich strafmindernd berücksichtigen müssen, da er durch sein rasches Handeln dem Opfer das Leben gerettet habe. Fälschlicherweise nicht zu seinen Gunsten gewertet habe die Vorinstanz auch die Tatsache, dass er die Spuren in der Wohnung nicht umgehend beseitigt habe. Des Weiteren werde im angefochtenen Urteil aktenwidrig festgestellt, er habe kein echtes Mitgefühl gezeigt. Ferner habe die Vorinstanz Bundesrecht verletzt, indem sie nicht ausdrücklich eine Einsatzstrafe festgesetzt und diese angesichts seiner infolge des Alkoholkonsums mindestens in mittlerem Grade verminderten Zurechnungsfähigkeit zum Tatzeitpunkt nicht um 50% herabgesetzt habe. Unberücksichtigt geblieben sei überdies der Gesichtspunkt, dass ihm zum ersten Mal sexuelle Handlungen vorgeworfen würden.
Nicht hinreichend gewichtet habe die Vorinstanz ferner die lange Verfahrensdauer, habe sie doch die Freiheitsstrafe gegenüber dem ersten Urteil nur um drei Monate reduziert. Schliesslich sei die ausgefällte Strafe verglichen mit ähnlich gelagerten Fällen unvertretbar hoch. Angemessen erscheine vorliegend eine Gesamtstrafe von 18 Monaten, unter Gewährung des bedingten Strafvollzugs. Jedenfalls aber sei die Freiheitsstrafe auf maximal drei Jahre festzusetzen, wovon 21⁄2 Jahre auf Bewährung auszusprechen seien (Beschwerde S. 16 - 25).
4.2 Da sich der am 1. Januar 2007 in Kraft getretene Allgemeine Teil des Strafgesetzbuchs für den Beschwerdeführer nicht als milder erweist, ist die Strafzumessung nach bisherigem Recht vorzunehmen (vgl. <ref-law>).
Gemäss Art. 63 aStGB misst das Gericht die Strafe nach dem Verschulden des Täters zu. Es berücksichtigt die Beweggründe, das Vorleben und die persönlichen Verhältnisse. Das Verschulden wird nach der Schwere der Verletzung oder Gefährdung des betroffenen Rechtsguts, nach der Verwerflichkeit des Handelns, den Beweggründen und Zielen des Täters sowie danach bestimmt wird, wie weit der Täter nach den inneren und äusseren Umständen in der Lage war, die Gefährdung oder Verletzung zu vermeiden.
Es liegt im Ermessen des Sachgerichts, in welchem Umfang es die verschiedenen Strafzumessungsfaktoren berücksichtigt. Das Bundesgericht greift auf Beschwerde hin nur in die Strafzumessung 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. in Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat (vgl. <ref-ruling> E. 2.1; <ref-ruling> E. 6.1; <ref-ruling> E. 2).
4.3 Die Vorinstanz hat die für die Zumessung der Strafe erheblichen Umstände eingehend gewürdigt und sämtliche Strafzumessungsfaktoren berücksichtigt. Eine ermessensverletzende Gewichtung der Faktoren ist nicht ersichtlich. Die Rügen des Beschwerdeführers sind nicht stichhaltig.
Die Vorinstanz hat das Rufen des Taxis in geringem Mass strafmindernd zugunsten des Beschwerdeführers gewertet (angefochtenes Urteil S. 19; Urteil des Geschworenengerichts vom 7. Oktober 2004 S. 130). Die fehlende weitergehende Berücksichtigung dieses Umstands verletzt entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers kein Bundesrecht, zumal das Opfer ihn nach erstelltem Sachverhalt geradezu dazu drängen musste, den Transport ins Spital zu organisieren. Wie die Vorinstanz zutreffend erwogen hat (angefochtenes Urteil S. 20), ist des Weiteren nicht ersichtlich, weshalb die fehlende Spurenbeseitigung von Strafzumessungsrelevanz sein sollte. Soweit sich der Beschwerdeführer gegen die tatsächliche Feststellung der Vorinstanz, es sei bei ihm kein Mitgefühl zu erkennen gewesen (angefochtenes Urteil S. 21), wendet, stellt er die vorinstanzliche Beweiswürdigung in Frage. Nach dem Gesagten kann darauf nicht eingetreten werden (E. 1.3 hiervor). Ferner hat die Vorinstanz unter Bezugnahme auf die Beurteilung der beiden psychiatrischen Sachverständigen (Psychiatrisches Gutachten vom 22. Juli 2002, vorinstanzliche Akten act. 22/11 S. 73 - 76 und S. 81) wie auch unter Berücksichtigung der Aussagen zweier Zeugen und des Opfers (angefochtenes Urteil S. 24) ohne Verletzung von Bundesrecht auf eine (bloss) leichtgradige Beeinträchtigung der Schuldfähigkeit des Beschwerdeführers zum Zeitpunkt der Tat geschlossen (Urteil des Geschworenengerichts vom 7. Oktober 2004 S. 124 - 126). Mit seiner rein hypothetischen Rückrechnung des Blutalkoholwerts auf den Tatzeitpunkt (Beschwerde S. 21 f.) vermag der Beschwerdeführer die Schlussfolgerungen im angefochtenen Urteil in keiner Weise in Zweifel zu ziehen. Die Vorinstanz hat weiter in Nachachtung von Art. 68 Ziff. 2 aStGB die ausgesprochene Zusatzstrafe korrekt festgesetzt (vgl. hierzu <ref-ruling> E. 8). Zudem hat sie den Umstand, dass der Beschwerdeführer nicht einschlägig vorbestraft ist, entgegen den Ausführungen in der Beschwerde in ihre Überlegungen einbezogen (angefochtenes Urteil S. 26).
Ferner hat die Vorinstanz der Tatsache, dass vom Tatzeitpunkt bis zur Fällung ihres zweiten Urteils über sechs Jahre vergangen sind, mit einer Strafreduktion von sechs Monaten - und nicht von drei Monaten, wie der Beschwerdeführer behauptet - Rechnung getragen. Die Vorinstanz ist damit im Ergebnis von einer Verletzung des Beschleunigungsgebots ausgegangen und hat diese mit einer Herabsetzung der ausgefällten Strafe um rund 10% berücksichtigt. Weshalb eine noch weitergehende Strafminderung zwingend geboten wäre, legt der Beschwerdeführer in seiner Beschwerde nicht dar und ist vor dem Hintergrund der bundesgerichtlichen Rechtsprechung auch nicht ersichtlich (vgl. Urteil des Bundesgerichts 6B_294/2008 vom 1. September 2008 E. 7 mit Hinweisen). Schliesslich vermag der Beschwerdeführer aus dem Vergleich mit anderen Urteilen, bei denen tiefere Strafen ausgesprochen wurden, nichts zu seinen Gunsten abzuleiten, weil derartige Vergleichsfälle in aller Regel doch beträchtliche Verschiedenheiten aufweisen (vgl. hierzu Urteil des Bundesgerichts 6B_116/2008 vom 19. November 2008 E. 1.2).
Im Ergebnis erscheint die Strafe angesichts des sehr schweren Verschuldens des Beschwerdeführers keineswegs auffallend hoch. Die Beschwerde ist auch in diesem Punkt abzuweisen.
5. 5.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Vorinstanz habe den Vollzug der Strafe zu Unrecht nicht zwecks ambulanter Behandlung aufgeschoben, würde doch der Behandlungserfolg der ambulanten Therapie durch den gleichzeitigen Strafvollzug ernstlich gefährdet (Beschwerde S. 26 f.).
5.2 Die Vorinstanz hat erwogen, angesichts der hohen Freiheitsstrafe müsste der Behandlungsbedarf des Beschwerdeführers besonders stark ausgeprägt sein, um unter dem Gesichtspunkt des Gleichbehandlungsgebots den Aufschub der Freiheitsstrafe zu rechtfertigen. Vorliegend könne jedoch keine Rede davon sein, dass die Durchführung der ambulanten Therapie während des Strafvollzugs deren Erfolgsaussichten erheblich schmälern würde. Vom Aufschub des Strafvollzugs zugunsten der Durchführung der Massnahme sei daher abzusehen (angefochtenes Urteil S. 29; Urteil des Geschworenengerichts vom 7. Oktober 2004 S. 134 f.).
5.3 Erfordert der Geisteszustand des Täters, der eine vom Gesetz mit Freiheitsstrafe bedrohte Tat begangen hat, die damit im Zusammenhang steht, ärztliche Behandlung oder besondere Pflege und ist anzunehmen, dadurch lasse sich die Gefahr weiterer mit Strafe bedrohter Taten verhindern oder vermindern, so kann das Gericht eine ambulante Behandlung anordnen, sofern der Täter für Dritte nicht gefährlich ist (vgl. Art. 43 Ziff. 1 Abs. 1 aStGB). Das Gericht kann den Vollzug der ausgefällten Strafe aufschieben, um der Art der angeordneten Behandlung Rechnung zu tragen (<ref-law>).
Nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung ist der Strafaufschub anzuordnen, wenn die Aussicht auf erfolgreiche Behandlung durch den Vollzug der verhängten Freiheitsstrafe erheblich beeinträchtigt würde. Die Therapie geht vor, falls eine sofortige Behandlung gute Resozialisierungschancen bietet, welche durch den Strafvollzug klarerweise verhindert oder vermindert würden. Bei diesem Entscheid sind einerseits die Auswirkungen des Strafvollzuges, die Erfolgsaussichten der ambulanten Behandlung und die bisherigen Therapiebemühungen zu berücksichtigen, anderseits aber auch das kriminalpolitische Erfordernis, Straftaten schuldangemessen zu ahnden bzw. rechtskräftige Strafen grundsätzlich zu vollziehen. Unter dem Gesichtspunkt des Gleichheitsgebots muss der Behandlungsbedarf um so ausgeprägter sein, je länger die zugunsten der ambulanten Therapie aufzuschiebende Freiheitsstrafe ist. Die ambulante Massnahme darf im Übrigen nicht dazu missbraucht werden, den Vollzug der Strafe zu umgehen oder auf unbestimmte Zeit hinauszuschieben. Ein Aufschub muss sich aus Gründen der Heilbehandlung hinreichend rechtfertigen. Das Gericht hat diesbezüglich ein psychiatrisches Gutachten einzuholen (<ref-ruling> E. 4.1 mit Hinweisen; Urteil des Bundesgerichts 6B_869/2008 vom 21. Januar 2009 E. 2.1).
5.4 Die Schlussfolgerungen der Vorinstanz sind überzeugend, stehen in Einklang mit der bundesgerichtlichen Rechtsprechung und lassen sich auf die Einschätzung der beiden psychiatrischen Sachverständigen stützen, wonach der gleichzeitige Vollzug der Freiheitsstrafe die Durchführung und die Erfolgsaussichten einer deliktorientierten psychotherapeutischen Behandlung des Beschwerdeführers im ambulanten Setting nicht nachhaltig beeinträchtigen würde (psychiatrisches Gutachten vom 22. Juli 2002, vorinstanzliche Akten act. 22/11 S. 80 und S. 83). Der Beschwerdeführer bringt nichts vor, was dieses Ergebnis in Zweifel ziehen würde. Die Verweigerung des Aufschubs der Strafe zugunsten der ambulanten Massnahme ist folglich als bundesrechtskonform einzustufen.
6. 6.1 Der Beschwerdeführer rügt schliesslich eine Verletzung von Art. 41 und <ref-law>. Ihm könne kein schuldhaftes Verhalten vorgeworfen werden, habe er doch insbesondere nicht vorhersehen können, dass die "Faustpenetrationen" eine Verletzung von A._ zur Folge haben könnten. Mangels Verschulden entfalle eine Haftung nach <ref-law>. Da er keine strafbare Handlung begangen habe, habe A._ auch keinen Anspruch auf Leistung einer Genugtuung gestützt auf <ref-law> (Beschwerde S. 15 f.).
6.2 Die Argumentation des Beschwerdeführers ist nicht stichhaltig. Er wurde zwar von den Vorwürfen der schweren Körperverletzung und der mehrfachen Gefährdung des Lebens freigesprochen. Hingegen wurde er wegen Vergewaltigung und mehrfacher sexueller Nötigung verurteilt.
Die Geschädigte ist als Betroffene eines Sexualdelikts Opfer im Sinne des Opferhilfegesetzes und hat einen Anspruch darauf, dass im Strafverfahren zumindest im Grundsatz über ihre Zivilansprüche befunden wird. Die Vorinstanz hat zutreffend gefolgert (angefochtenes Urteil S. 30 f.), es stehe ausser Frage, dass sich der Beschwerdeführer rechtswidrig und schuldhaft verhalten hat und damit zivilrechtlich haftbar ist. Seine Verurteilung zur Bezahlung von Schadenersatz und zur Leistung einer Genugtuung an A._ verletzt folglich kein Bundesrecht.
7. Die Beschwerde ist deshalb abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>).

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 Geschworenengericht des Kantons Zürich schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 25. August 2009
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Der Gerichtsschreiber:
Schneider Stohner