Fatti:
A. Con decreto d'accusa del 30 ottobre 2006, il Sostituto procuratore pubblico del Cantone Ticino ha ritenuto A._ autore colpevole di infrazione alla previgente legge federale concernente la dimora e il domicilio degli stranieri, del 26 marzo 1931 (LDDS), per avere nella sua qualità di gerente di un esercizio pubblico favorito il soggiorno illegale di cittadine straniere, mettendo a loro disposizione camere per l'alloggio (art. 23 cpv. 1 LDDS), e di contravvenzione alla citata legge, per avere, sempre nella sua qualità di gerente dell'esercizio pubblico, impiegato cittadine straniere non autorizzate a lavorare in Svizzera (art. 23 cpv. 4 LDDS). Il Sostituto procuratore pubblico ne ha proposto la condanna a novanta giorni di detenzione, sospesa condizionalmente per un periodo di prova di due anni, e al pagamento di una multa di fr. 3'000.--.
B. Poiché l'accusato ha interposto opposizione al decreto, gli atti del procedimento penale sono stati trasmessi dal Ministero pubblico alla Pretura penale per il dibattimento. Con giudizio del 19 aprile 2007, il Presidente della Pretura penale ha prosciolto l'accusato dall'imputazione di infrazione alla LDDS, dichiarandolo autore colpevole di contravvenzione alla stessa legge e lo ha condannato al pagamento di una multa di fr. 3'000.--.
C. Adita sia dall'accusato sia dal Sostituto procuratore pubblico, la Corte di cassazione e di revisione penale del Tribunale d'appello del Cantone Ticino (CCRP), con sentenza del 16 settembre 2008, ha accolto entrambi i gravami, nel senso che l'accusato è stato prosciolto dall'imputazione di contravvenzione all'art. 23 cpv. 4 LDDS, mentre è stato dichiarato autore colpevole di infrazione all'art. 23 cpv. 1 LDDS. La Corte cantonale ha contestualmente rinviato gli atti alla Pretura penale per un nuovo giudizio sulla commisurazione della pena e sulle spese processuali di prima istanza.
D. Con sentenza 6B_887/2008 dell'11 giugno 2009, il Tribunale federale ha dichiarato inammissibile un ricorso in materia penale presentato da A._ contro la decisione della CCRP, siccome non erano date le condizioni poste dall'<ref-law> per impugnarla direttamente nella sede federale.
E. Dando seguito al rinvio della causa stabilito dalla CCRP, con sentenza del 27 luglio 2009 la giudice supplente della Pretura penale ha ricommisurato la pena, condannando l'accusato alla pena pecuniaria di 90 aliquote giornaliere di fr. 120.-- ciascuna, sospesa condizionalmente per un periodo di prova di due anni, e alla multa di fr. 1'000.--. Su ricorso dell'accusato, con giudizio del 25 maggio 2010, la CCRP ha ridotto la pena pecuniaria a 45 aliquote giornaliere di fr. 120.-- ciascuna, sempre sospesa condizionalmente per un periodo di prova di due anni.
F. A._ impugna le sentenze del 16 settembre 2008 e del 25 maggio 2010 della CCRP con un ricorso in materia penale al Tribunale federale, chiedendo in via principale di dichiarare nulla la sentenza di primo grado del 27 luglio 2009 e il conseguente giudizio 25 maggio 2010 della CCRP. In via subordinata, chiede di essere prosciolto dall'imputazione di infrazione all'art. 23 cpv. 1 LDDS. Il ricorrente fa valere la nullità della decisione del 27 luglio 2009 emanata dal giudice di primo grado e la violazione degli art. 1 e 2 cpv. 2 CP.
Non sono state chieste osservazioni al gravame.

Diritto:
1. Presentato dall'imputato, che ha partecipato alla procedura dinanzi alla precedente istanza, le cui conclusioni sono state disattese (art. 81 cpv. 1 lett. b n. 1 LTF), e diretto contestualmente contro una decisione finale e una precedente decisione incidentale (art. 90 e 93 cpv. 3 LTF) rese in materia penale (<ref-law>) da un'autorità di ultima istanza cantonale (<ref-law>), il ricorso in materia penale, tempestivo (<ref-law>), è di massima ammissibile.
2. 2.1 Il ricorrente sostiene che la decisione del 27 luglio 2009, con cui la giudice supplente della Pretura penale si è pronunciata sulla commisurazione della pena, sarebbe incompleta e nulla siccome nel dispositivo non statuisce contestualmente anche sulla colpevolezza, riprendendo eventualmente il giudizio della CCRP del 16 settembre 2008.
2.2 Secondo l'art. 296 CPP/TI, in caso di accoglimento del ricorso, la CCRP riforma la sentenza quando ha sufficienti elementi per il nuovo giudizio (cpv. 1). In caso contrario, rinvia la causa alla competente Corte del merito; questa sarà composta da altri giudici, a meno che la cassazione sia stata pronunciata unicamente per insufficiente motivazione della sentenza o che il primo giudice debba unicamente ricommisurare la pena (cpv. 2).
Con sentenza del 16 settembre 2008, la CCRP ha dichiarato l'accusato autore colpevole di infrazione all'art. 23 cpv. 1 LDDS e lo ha prosciolto dall'imputazione di contravvenzione all'art. 23 cpv. 4 LDDS. La Corte cantonale ha contestualmente rinviato gli atti alla Pretura penale per un nuovo giudizio sulla commisurazione della pena e sulle spese processuali di prima istanza. La prima istanza ha quindi dato seguito a questo giudizio, statuendo con sentenza del 27 luglio 2009 sulla nuova commisurazione della pena.
2.3 Il ricorrente non sostiene che questo modo di procedere violerebbe il diritto procedurale cantonale. In particolare non censura, tantomeno con una motivazione conforme alle esigenze degli art. 42 cpv. 2 e 106 cpv. 2 LTF, un'applicazione arbitraria dell'art. 296 CPP/TI o l'incostituzionalità di questa norma (cfr., sulle esigenze di motivazione, <ref-ruling> consid. 1.4.1 e rinvii). Egli si limita a richiamare la giurisprudenza di questa Corte che, in applicazione dell'<ref-law>, non esamina di principio in due procedure separate la questione della colpevolezza e quella della commisurazione della pena (cfr. sentenza 6B_887/2008, citata, consid. 1.3.2 e rinvii). Si tratta tuttavia di una giurisprudenza fondata appunto sulla nozione di decisione parziale ai sensi dell'<ref-law>, che di per sé non esclude, né rende arbitrarie eventuali soluzioni diverse adottate dal legislatore cantonale. D'altra parte, il ricorrente non ha subito alcun pregiudizio di rilievo dalle modalità di svolgimento del procedimento, avendo potuto contestare adeguatamente, dinanzi alle istanze cantonali e in questa sede, sia gli aspetti concernenti la colpevolezza sia quelli relativi alla commisurazione della pena.
In tali circostanze, premesso che quali motivi di nullità entrano in considerazione solo vizi particolarmente gravi e manifesti, riconoscibili con evidenza o perlomeno con una certa facilità (cfr. <ref-ruling> consid. 3.2; <ref-ruling> consid. 2.1 e rispettivi rinvii), non è seriamente ravvisabile un tale motivo nel fatto che il dispositivo della sentenza del 27 luglio 2009 del giudice di primo grado è limitato ai punti della commisurazione della pena e delle spese processuali, avendo la CCRP già statuito definitivamente sulla questione della colpevolezza.
3. 3.1 Il ricorrente lamenta la violazione del principio della "lex mitior" (<ref-law>) sostenendo che nella fattispecie non occorrerebbe applicare l'art. 23 cpv. 1 LDDS, bensì il corrispondente art. 116 cpv. 1 lett. a della legge federale sugli stranieri, del 16 dicembre 2005 (LStr; RS 142.20), entrata in vigore il 1° gennaio 2008. Ritiene questa norma a lui più favorevole, siccome non prevederebbe più la punibilità dei gerenti di esercizi pubblici, ma soltanto quella dei passatori.
3.2 La censura è infondata. Secondo l'art. 116 cpv. 1 lett. a LStr, è punito con una pena detentiva sino a un anno o con una pena pecuniaria chiunque in Svizzera o all'estero, facilita o aiuta a preparare l'entrata, la partenza o il soggiorno illegali di uno straniero. Il Tribunale federale ha già avuto modo di rilevare che questa disposizione corrisponde, in una formulazione leggermente modificata, al previgente art. 23 cpv. 1 quinta frase LDDS, che puniva chiunque, in Svizzera o all'estero, facilitava o aiutava a preparare l'entrata o l'uscita illegale o un soggiorno illegale (cfr. sentenza 6B_128/2009 del 17 luglio 2009, consid. 2.1 e riferimenti). Oggi come allora rientrano quindi di principio nel campo di applicazione della norma non soltanto i passatori, bensì anche coloro che per esempio quali albergatori, locatori o datori di lavoro che affittano camere, alloggiano una persona che soggiorna illegalmente in Svizzera. Mettendo un alloggio a disposizione dello straniero senza permesso, anche queste persone possono infatti facilitarne il soggiorno illegale, rendendo più difficile l'intervento dell'autorità (cfr. sentenza 6B_128/2009, citata, consid. 2.2; cfr., riguardo al diritto previgente, <ref-ruling> consid. 2.2 e 2.3.2 e riferimenti). Certo, nel messaggio dell'8 marzo 2002 relativo alla LStr, citato dal ricorrente, il Consiglio federale osserva che il contenuto dell'art. 111 del progetto della LStr corrisponde all'art. 23 cpv. 1 quinta frase LDDS ed è destinato a combattere la criminalità nell'ambito dell'attività dei passatori (FF 2002 pag. 3447). Tuttavia, il fatto che sia stato posto l'accento su questa categoria di autori, non significa di per sé che altre persone siano escluse dal campo di applicazione della norma. Ciò ove solo si consideri il tenore letterale della stessa, che non contempla soltanto la facilitazione dell'entrata o della partenza illegali, ma anche la facilitazione di un soggiorno illegale, fattispecie quest'ultima che non caratterizza di massima l'attività del passatore (cfr. <ref-ruling> consid. 2.2). D'altra parte, come risulta chiaramente dai materiali legislativi, il legislatore federale non ha voluto restringere il campo di applicazione della disposizione all'invocata categoria, tant'è che anche una proposta di minoranza, volta ad escludere di principio la punibilità di chi ha dato alloggio per motivi umanitari a stranieri in situazione irregolare, è stata respinta (cfr. Bollettino ufficiale dell'Assemblea federale 2004, Consiglio nazionale, pag. 1148 segg.).
È pertanto a ragione che, nella fattispecie, la CCRP ha applicato l'art. 23 cpv. 1 LDDS in virtù del principio della lex mitior, siccome questa norma era più favorevole al ricorrente, prevedendo una pena massima meno severa rispetto al nuovo diritto.
4. 4.1 Il ricorrente lamenta la violazione dell'<ref-law>, sostenendo che non esisterebbe una base legale per infliggergli una sanzione penale. Adduce che, quale gerente dell'esercizio pubblico, sarebbe stato tenuto unicamente a notificare alla polizia locale, conformemente all'art. 2 cpv. 2 LDDS, le straniere cui ha dato alloggio; obbligo che avrebbe del resto adempiuto. Il dovere di notifica alla polizia degli stranieri giusta l'art. 2 cpv. 1 LDDS incombeva invece alle straniere personalmente e il ricorrente non potrebbe esserne tenuto responsabile in caso di inadempienza da parte loro.
4.2 Con le argomentazioni sollevate il ricorrente contesta in realtà una violazione dell'art. 23 cpv. 1 LDDS, negando in particolare la sua posizione di garante, riconosciuta invece dalla Corte cantonale. Come rettamente ritenuto da quest'ultima, la fattispecie della facilitazione di un soggiorno illegale ai sensi della citata disposizione può essere realizzata anche per omissione, nel caso in cui l'autore si trovi in una situazione di garante e gli spetti quindi un obbligo di agire che può derivare in particolare dalla legge o da un contratto. Perché un obbligo legale fondi una posizione di garante è determinante la natura della relazione, che sta alla base della norma, esistente tra la persona obbligata e il bene giuridico minacciato o la fonte del pericolo (<ref-ruling> consid. 2b e rinvii). In tal senso, la CCRP ha fondato un dovere di agire del ricorrente, quale gerente dell'esercizio pubblico, in virtù dell'art. 53 della legge ticinese sugli esercizi pubblici, del 21 dicembre 1994 (Les Pubb) e dell'art. 89 del relativo regolamento, del 3 dicembre 1996 (Res Pubb). Ha ritenuto, con riferimento a queste norme, ch'egli era tenuto a notificare alle autorità la situazione in contrasto con la legge che si realizzava nel suo esercizio pubblico, ove delle persone straniere senza permesso soggiornavano per esercitarvi un'attività lucrativa quale la prostituzione.
4.3 Secondo l'art. 53 Les Pubb, il gerente è responsabile dell'igiene, dell'ordine, della quiete e della tutela del buon costume nell'esercizio pubblico e nelle immediate vicinanze (cpv. 1). È inoltre responsabile delle notifiche degli ospiti alla polizia (cpv. 3). L'art. 89 Res Pubb prevede in particolare che il gerente ha l'obbligo di prendere tutti i provvedimenti atti alla tutela del buon costume e al mantenimento dell'ordine e della quiete (cpv. 1) ed è tenuto a dare immediato avviso alla polizia comunale e cantonale di tutti quei fatti che, verificatisi nell'esercizio, presentino un aspetto grave o comunque d'interesse per la polizia stessa (disordini, risse, contravvenzioni, ecc.) (cpv. 3).
Il ricorrente non si confronta con l'art. 89 Res Pubb e si limita a sminuire la portata dell'art. 53 Les Pubb, sostenendo che la figura del gerente sarebbe di carattere cantonale, istituita soprattutto quale persona di riferimento nei confronti dell'Ufficio dei permessi, e che una violazione dei suoi obblighi sarebbe soggetta unicamente a sanzioni amministrative. Queste contestazioni, generiche, non consentono tuttavia di concludere che la CCRP ha ravvisato a torto, in particolare sulla base dell'art. 89 Res Pubb, un obbligo per il ricorrente di segnalare, nella sua specifica qualità di gerente, una situazione irregolare costituita dal fatto che persone straniere sprovviste di permesso esercitavano nel motel un'attività lucrativa quale la prostituzione.
4.4 Il ricorrente ribadisce di avere regolarmente notificato, conformemente all'art. 2 cpv. 2 LDDS, il soggiorno turistico delle donne straniere cui dava alloggio, rendendo peraltro possibile la loro identificazione da parte della polizia e consentendo, per finire, all'autorità competente di condannarle. Ritiene di avere così sufficientemente adempiuto i suoi obblighi di gerente e di non avere fornito mediante tali notifiche indicazioni sbagliate, ritenuto che, al momento dell'arrivo delle straniere nel motel, egli non aveva alcun motivo di dubitare che in realtà non fossero turiste, un simile dubbio potendo semmai sorgere soltanto in un secondo tempo.
Le istanze cantonali hanno tuttavia accertato, in modo vincolante per il Tribunale federale (<ref-law>), che il ricorrente sapeva o doveva comunque presumere che le donne cui affittava le camere non soggiornavano quali turiste, ma vi esercitavano la prostituzione senza essere autorizzate a svolgere un'attività lucrativa in Svizzera. D'altra parte, come già visto, la CCRP non ha dedotto la posizione di garante del ricorrente dalla LDDS, ma dagli art. 53 Les Pubb e art. 89 Res Pubb, norma quest'ultima che imponeva al ricorrente di segnalare immediatamente alla polizia situazioni irregolari legate all'attività dell'esercizio pubblico di cui era gerente. Sotto questo profilo, il fatto che il ricorrente abbia compilato semplici notifiche di soggiorni turistici per straniere, che in realtà non soggiornavano a tale scopo, non costituisce un adempimento di tale obbligo legale e non consente di per sé di escludere la realizzazione della fattispecie dell'art. 23 cpv. 1 quinta frase LDDS.
5. Ne segue che il ricorso deve essere respinto in quanto ammissibile. Le spese giudiziarie seguono la soccombenza e sono pertanto poste a carico del ricorrente (<ref-law>).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Nella misura in cui è ammissibile, il ricorso è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 4'000.-- sono poste a carico del ricorrente.
3. Comunicazione al patrocinatore del ricorrente, al Ministero pubblico e alla Corte di cassazione e di revisione penale del Tribunale d'appello del Cantone Ticino.