Sachverhalt:
A. Der Gemeinderat Oberembrach erteilte der Y._ AG, am 4. Juli 2008 die baurechtliche Bewilligung für den teilweisen Rückbau des Wohnhauses Assek.-Nr. 458 sowie den Neubau von vier Mehrfamilienhäusern und sechs Reiheneinfamilienhäusern mit Tiefgarage auf dem Grundstück Kat.-Nr. 1019 an der Embracherstrasse .. in Oberembrach. Gleichzeitig wurde die Verfügung der Baudirektion des Kantons Zürich vom 16. Juni 2008, mit welcher die strassenpolizeiliche Bewilligung und die Genehmigung in denkmalpflegerischer Hinsicht erteilt worden war, eröffnet. Den hiergegen von X._ erhobenen Rekurs wies die Baurekurskommission IV des Kantons Zürich am 5. März 2009 ab.
Gegen den Entscheid der Baurekurskommission gelangte X._ mit Beschwerde an das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich. Er beantragte unter anderem, die Baubewilligung sei aufzuheben. In prozessualer Hinsicht verlangte er, es sei ein Gutachten der kantonalen Kommission für Natur- und Heimatschutz (KNHK) einzuholen sowie ein Augenschein durchzuführen. Das Verwaltungsgericht wies die Beschwerde mit Entscheid vom 7. Oktober 2009 ab.
B. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten vom 25. November 2009 beantragt X._, das Urteil des Verwaltungsgerichts sei aufzuheben. Allenfalls sei ein Augenschein durchzuführen. Der Beschwerdeführer rügt in verschiedener Hinsicht eine Verletzung seines Anspruchs auf rechtliches Gehör (<ref-law>) sowie die willkürliche Handhabung des behördlichen Ermessens. Zudem macht er geltend, ihm seien im kantonalen Verfahren zu Unrecht Kosten für Abklärungen betreffend die Wahrung der Rechtsmittelfrist auferlegt worden.
Die Y._ AG, beantragt die Abweisung der Beschwerde. Die Gemeinde Oberembrach stellt den Antrag, auf die Beschwerde sei nicht einzutreten. Eventuell sei sie abzuweisen. Zudem sei ihr eine angemessene Prozessentschädigung zuzusprechen. Die Baudirektion des Kantons Zürich und das Verwaltungsgericht schliessen auf Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten sei.

Erwägungen:
1. 1.1 Das angefochtene Urteil des Verwaltungsgerichts ist ein Endentscheid einer letzten kantonalen Instanz (Art. 82 lit. a i.V.m. Art. 86 Abs. 1 lit. d und Art. 90 BGG). Ihm liegt ein Beschwerdeverfahren über ein Baubegehren und damit eine öffentlich-rechtliche Angelegenheit zu Grunde. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten nach <ref-law> steht auf dem Gebiet des Raumplanungs- und Baurechts zur Verfügung (<ref-ruling> E. 1.2 S. 251, 400 E. 2.1 S. 404). Ausnahmegründe im Sinne von <ref-law> liegen nicht vor. Der Beschwerdeführer hat am Verfahren vor der Vorinstanz teilgenommen (<ref-law>). Er ist als unmittelbarer Nachbar der Bauparzelle zur Beschwerde legitimiert (Art. 89 Abs. 1 lit. b und c BGG; <ref-ruling> E. 1.3.3 S. 253 f.).
1.2 Nach <ref-law> ist in der Beschwerdebegründung in gedrängter Form darzulegen, inwiefern der angefochtene Akt Recht verletzt. Dies setzt voraus, dass sich der Beschwerdeführer wenigstens kurz mit den Erwägungen des angefochtenen Entscheids auseinandersetzt. Zwar wendet das Bundesgericht das Recht grundsätzlich von Amtes wegen an (<ref-law>). Auf die Beschwerde kann aber nur eingetreten werden, wenn diese wenigstens die Begründungsanforderungen von <ref-law> erfüllt.
Strengere Anforderungen gelten, wenn die Verletzung von Grundrechten zu beurteilen ist. Dies prüft das Bundesgericht insoweit, als eine solche Rüge in der Beschwerde vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>). Für derartige Rügen gelten die gleichen Begründungsanforderungen, wie sie gestützt auf Art. 90 Abs. 1 lit. b OG für die staatsrechtliche Beschwerde gegolten haben (<ref-ruling> E. 1.4.2 S. 254 mit Hinweisen). Die Beschwerdeschrift muss die wesentlichen Tatsachen und eine kurz gefasste Darlegung darüber enthalten, welche verfassungsmässigen Rechte bzw. welche Rechtssätze inwiefern durch den angefochtenen Erlass oder Entscheid verletzt worden sind. Das Bundesgericht prüft nur klar und detailliert erhobene und, soweit möglich, belegte Rügen. Wird eine Verletzung des Willkürverbots geltend gemacht, muss anhand der angefochtenen Subsumtion im Einzelnen dargelegt werden, inwiefern der Entscheid an einem qualifizierten und offensichtlichen Mangel leidet (<ref-ruling> E. 1.6 S. 130; <ref-ruling> E. 2.1 und 2.2 S. 245; je mit Hinweisen).
Die vorliegende Beschwerde genügt den genannten Begründungsanforderungen in verschiedener Hinsicht nicht. Soweit sich der Beschwerdeführer auf die Eigentumsgarantie, die Rechtsgleichheit und den Vertrauensschutz beruft, enthält die Beschwerde keine Begründung seiner Rügen. Auch legt der Beschwerdeführer nicht hinreichend dar, inwiefern die Ermessensausübung der zuständigen Behörden gegen das Willkürverbot verstossen sollte. Auf die entsprechenden Vorbringen kann somit nicht eingetreten werden.
1.3 Die Feststellung und Würdigung der tatsächlichen Verhältnisse überprüft das Bundesgericht im Rahmen der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten nach Massgabe der Art. 97 Abs. 1 und Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG. Voraussetzung dazu ist allerdings, dass der Beschwerdeführer rechtsgenügend begründete Sachverhaltsrügen im Sinne von <ref-law> erhebt. Solche Sachverhaltsrügen liegen nicht vor. Der Beschwerdeführer kritisiert den von der Vorinstanz erhobenen Sachverhalt zwar in verschiedener Hinsicht. Inwiefern die Sachverhaltsfeststellungen auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruhen oder offensichtlich unrichtig sein sollen und überdies für den Ausgang des Verfahrens entscheidend seien, legt der Beschwerdeführer nicht dar. Insoweit kann auf seine Beschwerde ebenfalls nicht eingetreten werden.
Der in diesem Zusammenhang vorgebrachten Kritik am Verzicht der Vorinstanz auf einen Augenschein kann nicht zugestimmt werden. Das Verwaltungsgericht führt in E. 2 des angefochtenen Entscheids zutreffend aus, der massgebende Sachverhalt ergebe sich aufgrund des Augenscheins der Baurekurskommission, der Fotografien und der Pläne in den Akten mit ausreichender Deutlichkeit, weshalb auf einen weiteren Augenschein verzichtet werden könne. Diese Beurteilung ist mit dem Anspruch des Beschwerdeführers auf rechtliches Gehör vereinbar. Aus denselben Gründen ist auch im bundesgerichtlichen Verfahren kein Augenschein erforderlich.
1.4 Auf die Beschwerde ist somit nur insoweit einzutreten, als der Beschwerdeführer die Verletzung seines Anspruchs auf rechtliches Gehör (<ref-law>) in Bezug auf das baurechtliche Verfahren rügt und diese Rügen hinreichend substanziiert sind.
2. Das umstrittene Vorhaben betrifft ein im Ortsteil Unterdorf gelegenes Grundstück, das gemäss der geltenden Bau- und Zonenordnung der Gemeinde Oberembrach vom 6. Oktober 1994 (BZO) der Kernzone A Dorf zugeschieden ist. Darauf steht das im Kernzonenplan teilweise orange bezeichnete und mit einer Personaldienstbarkeit geschützte sogenannte "Rothaus", das im Jahr 1797 erstellt wurde. Es handelt sich um ein traufbetontes Mehrzweckbauernhaus in vorwiegender Fachwerkbauweise mit Wohn- und Wirtschaftsteil unter durchgehendem First und stellt einen typischen Vertreter des Zürcher Ackerbauernhauses des 18. Jahrhunderts dar. Anfangs des 19. Jahrhunderts ist rückseitig ein quergiebliges Trottenhaus errichtet und im Jahre 1914 auf der Westseite eine Remise angebaut worden. Später erfolgten sodann auch am nordöstlichen Teil des Gebäudes bauliche Veränderungen (Anbauten und Garageneinfahrten). Das Bauprojekt sieht die Entfernung aller nach 1797 erfolgten Bauteile vor. Ausserdem ist auf dem Baugrundstück der Neubau von vier Mehrfamilienhäusern und sechs Reiheneinfamilienhäusern mit einer Tiefgarage geplant.
2.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Baubehörden seien bei der Erteilung der Baubewilligung befangen gewesen. Sie hätten keinen unvoreingenommenen Entscheid gefällt, da das Bauvorhaben vorgängig mit der Denkmalpflegestelle der Baudirektion "entwickelt" worden sei. Betroffene Dritte im Nahbereich des Vorhabens seien nicht angehört worden und hätten auch keine Möglichkeit der Mitwirkung an einem Voranfrageverfahren erhalten. Dadurch sei ihr Anspruch auf rechtliches Gehör verletzt worden.
2.1.1 Das Bundesgericht hat sich im Urteil 1C_150/2009 vom 8. September 2009 ausführlich zur Befangenheit der Baubehörden wegen unzulässiger Vorbefassung mit einer Voranfrage geäussert. Der Beschwerdeführer beruft sich auf dieses Urteil und leitet daraus ab, dass auch im vorliegenden Fall eine unzulässige Vorbefassung vorliege.
Nach den Erwägungen im erwähnten Urteil 1C_150/2009 darf das Voranfrageverfahren, das ohne Beteiligung legitimierter Dritter stattfindet, das Baubewilligungsverfahren nicht vorwegnehmen und nicht den Anschein erwecken, die zuständige Behörde werde ihre Beurteilung des Bauvorhabens im nachfolgenden Baubewilligungsverfahren nicht mehr revidieren. Ob dies der Fall ist, hängt von den konkreten Umständen des Einzelfalls ab, namentlich von Art, Umfang und Bedeutung der aufgeworfenen baurechtlichen Fragen, dem Entscheidungsspielraum der Baubehörde und dem Projektierungsstadium: Bei der Beantwortung abstrakter Rechtsfragen in einem frühen Stadium der Projektierung besteht in aller Regel keine Gefahr der späteren Befangenheit; Gleiches gilt bei Auskünften über baurechtliche Fragen, die gesetzlich determiniert sind und (bei einer späteren Anfechtung der Baubewilligung durch Dritte) von den Rechtsmittelbehörden frei überprüft werden können. Dagegen kann bei einer umfangreichen und detaillierten Prüfung konkreter, projektbezogener Fragen, namentlich im Autonomiebereich der Gemeinde, die Gefahr einer Vorbestimmung des Baubewilligungsverfahrens bestehen. In solchen Fällen muss der Gesuchsteller ins Vorentscheidverfahren verwiesen werden, in welchem die Rechte betroffener Dritter gewährleistet sind (vgl. für den Kanton Zürich § 324 Abs. 2 PBG/ZH).
2.1.2 Der Beschwerdeführer legt nicht dar, welche konkreten Umstände in der vorliegenden Angelegenheit für eine unzulässige Vorbefassung der Baubehörden sprechen. Aus den Akten ergibt sich, dass die Baubehörde und die kantonale Denkmalpflege verschiedene Anpassungen des ursprünglichen Projekts verlangten. Es liegen jedoch keine Anhaltspunkte vor, dass sie dabei über das im Rahmen einer Beratung Zulässige hinausgegangen wären und der Bauherrschaft unter Ausschluss beschwerdeberechtigter Dritter baurechtliche Zusicherungen abgegeben hätten.
2.2 Der Beschwerdeführer macht weiter geltend, der Verzicht des Beizugs der kantonalen Kommission für Natur- und Heimatschutz oder für Denkmalschutz verletze sein rechtliches Gehör.
Das Verwaltungsgericht verweist im angefochtenen Entscheid auf die Erwägungen der Baurekurskommission, wonach Veränderungen eines überkommunalen Schutzobjekts nach den geltenden Verordnungsbestimmungen keine Begutachtung durch eine Sachverständigenkommission erforderten. Der Beschwerdeführer setzt sich mit den einschlägigen Rechtsgrundlagen nicht substanziiert auseinander. Auf seine pauschale Kritik am Verzicht auf ein Gutachten kann nicht eingetreten werden.
3. Schliesslich beanstandet der Beschwerdeführer die Kostenauflage im kantonalen Verfahren. Hierzu ergibt sich, dass im Rahmen der Prüfung der Rechtzeitigkeit des Rekurses an die Baurekurskommission zusätzliche Abklärungen über die Zustellung der Baubewilligung an den Beschwerdeführer nötig wurden. Diese Kosten wurden ihm als im Prozess unterliegende Partei auferlegt, was im Lichte von § 13 Abs. 2 des kantonalen Verwaltungsrechtspflegegesetzes vom 24. Mai 1959 (VRG/ZH; LS 175.2) nicht als willkürlich bezeichnet werden kann. Das Verwaltungsgericht führt im angefochtenen Entscheid zutreffend aus, dass die Wahrung der Rechtsmittelfrist eine Prozessvoraussetzung darstellt, welche auch ohne entsprechenden Antrag der Gegenpartei von Amtes wegen zu prüfen ist. Dem Gemeinderat Oberembrach könne somit nicht vorgeworfen werden, er habe mit seinem Nichteintretensantrag Verfahrensvorschiften verletzt und damit Kosten verursacht, die ihm unabhängig vom Ausgang des Verfahrens aufzuerlegen seien. Diese Ausführungen sind nicht zu beanstanden.
4. Es ergibt sich, dass die Beschwerde abzuweisen ist, soweit darauf eingetreten werden kann. Bei diesem Ausgang sind die Kosten des bundesgerichtlichen Verfahrens dem unterliegenden Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>). Dieser hat der privaten Beschwerdegegnerin zudem eine angemessene Parteientschädigung zu bezahlen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf eingetreten werden kann.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 3'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Der Beschwerdeführer hat die private Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 3'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, der Gemeinde Oberembrach, der Baudirektion des Kantons Zürich und dem Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, 1. Abteilung, 1. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. April 2010
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Féraud Haag