Sachverhalt: A. In der Überbauung U._ war gemäss der Vermietungs- und Verkaufsdokumentation vom Dezember 1997 geplant, einen Lebensmittelladen sowie ein oder zwei Restaurants zu errichten. Das für den Lebensmittelladen vorgesehene Lokal wurde mit Vertrag vom 8. Dezember 1997 per 1. Oktober 1999 an die E._ AG vermietet, die es an ein Ehepaar untervermietete. Dieses führte in der Folge darin den Lebensmittelladen L._. Bereits am 18./23. September 1997 hatten die A._ Pensionskasse, der B._ Verband und die D._ Immobilien AG (Vermieterinnen) mit der X._ AG (Mieterin) einen Vorvertrag abgeschlossen. Dieser sah vor, dass die Mieterin in Räumlichkeiten an der S._strasse ein Restaurant errichtet und dieses ab 1. Oktober 1999 gemäss einem definitiven Mietvertrag mietet. In der Folge wendete die Mieterin für die Einrichtung des Restaurants rund 3 Mio. Franken auf. Nachdem die Mieterin im März 1998 erfahren hatte, dass die Vermieterinnen in der Überbauung U._ ein zweites Restaurant planten, fügten die Parteien im Mietvertrag vom 28. September 1998, der im Wesentlichen dem Vorvertrag entsprach, in Art. 7 folgende Konkurrenzklausel ein: "Die Vermieterin verpflichtet sich, die mit weiteren Restaurant-Mietern der Wohn- und Gewerbeüberbauung U._ Areal B abgeschlossenen Mietverträge so auszugestalten, dass den jeweiligen Mietern folgende Nutzungseinschränkungen auferlegt werden: Es ist untersagt: ein Selbstbedienungsrestaurant zu führen; Günstigangebote in der Art eines Schnellimbisses anzubieten; Fertig- und Halbfertigprodukte, das heisst vakuum-verpackte Produkte, aus der eigenen Küche über die Gasse zu verkaufen; Ein professionelles Catering zu betreiben, das heisst Catering mit Profiausrüstung und Werbetafel vor Ort. Im Falle eines Verstosses gegen diese Nutzungsbeschränkungen hat die Mieterin die Vermieterin schriftlich zu mahnen. Sollte innert 10 Tagen keine Abhilfe geschaffen werden, bezahlt die Vermieterin der Mieterin eine Konventionalstrafe von Fr. 300.-- pro Übertretungstag, beginnend mit dem 10. Tag." Die D._ Immobilien AG schied als Vermieterin aus, nachdem sie zwischen 1999 und 2002 ihre Eigentumsanteile an der Überbauung U._ an die anderen Vermieterinnen veräussert hatte. Mit Schreiben vom 20. Oktober 2003 teilte die Mieterin den Vermieterinnen mit, seit Frühling 2002 habe sie markante Umsatzeinbussen festgestellt. Die lokale Gastrokonkurrenz habe sich durch Billiganbieter massiv verschärft. Sogar der Lebensmitteldetaillist L._ konkurrenziere durch den Verkauf von Snacks und Heissgetränken. Gestützt darauf sowie unter Hinweis auf die Tatsache, dass sich die Rahmenbedingungen im Umfeld vor Ort stark verändert hätten, ersuchte die Mieterin ab 1. November 2003 um eine Mietzinsreduktion von mindestens 25 %. Eine solche lehnten die Vermieterinnen am 7. Januar 2004 ab. Im Schreiben vom 2. Februar 2004 verlangte die Mieterin unter Berufung auf die Konkurrenzierung durch den Lebensmittelladen L._ von den Vermieterinnen gestützt auf Art. 7 des Mietvertrages eine Konventionalstrafe von Fr. 300.-- pro Tag, sollte innert 10 Tagen keine Abhilfe geschaffen sein. Die Vermieterinnen wendeten im Schreiben vom 22. April 2004 ein, die Konkurrenzklausel komme nicht zur Anwendung, weil der Laden L._ kein Restaurant im Sinne dieser Klausel sei. Per 1. Juli 2005 übertrug die E._ AG ihr Mietverhältnis mit Zustimmung der Vermieterschaft auf die bisherigen Untermieter, die seitdem den Lebensmittelladen unter der Bezeichnung LA._ weiterführten. B. Nach gescheitertem Schlichtungsverfahren klagte die Mieterin (Klägerin) mit Eingabe vom 7. September 2005 beim Mietgericht Zürich gegen die beiden damaligen Vermieterinnen (Beklagte) mit den Begehren: "1. Es seien die Mietzinsen seit dem 1. November 2003 und bis zu dem Tage herabzusetzen, an dem Vermieterin 1 und Vermieterin 2 Artikel 7 Mietvertrag vom 18. September 1998 (Konkurrenzklausel) verletzten, und zwar mindestens um CHF 300.00 je Werktag und für die Zeit bis zur Klageeinreichung mindestens um insgesamt Fr. 126'300.00. 2. Es seien Vermieterin 1 und Vermieterin 2 solidarisch zur Rückzahlung der zuviel bezahlten Mietzinse zuzüglich 5 % Zinsen seit Einreichung des Schlichtungsbegehrens vom 13. Mai 2005 zu verpflichten. Insoweit die Rückzahlungsansprüche verjährt sind, sei die Verrechenbarkeit festzustellen. 3. [...]" Die Beklagte 1 (A._ Pensionskasse) übertrug ihren Miteigentumsanteil am 1. Februar 2007 auf die C._ Versicherungsgesellschaft, welche das Mietgericht daraufhin als Beklagte 3 ins Rubrum aufnahm. Mit Beschluss und Urteil vom 28. Februar 2008 trat das Mietgericht auf das Rechtsbegehren in Ziffer 2 nicht ein und verpflichtete die Beklagten 1 und 2, der Klägerin unter solidarischer Haftung für die Zeit vom 13. Februar 2004 bis zum 31. Januar 2007 eine Konventionalstrafe von Fr. 213'657.-- zuzüglich Zins zu 5 % ab 5. August 2005 zu bezahlen. Weiter verpflichtete das Mietgericht die Beklagten 2 und 3, der Klägerin unter solidarischer Haftung für die Zeit vom 1. Februar 2007 bis zum 29. Februar 2008 eine Konventionalstrafe von Fr. 84'825.-- zuzüglich Zins zu 5 % ab 15. August 2007 zu bezahlen. Auf Berufung der Beklagten hin bestätigte das Obergericht mit Beschluss vom 13. Juli 2009 den erstinstanzlichen Entscheid. C. Die Beklagten (Beschwerdeführerinnen) erheben Beschwerde in Zivilsachen mit den Anträgen, den Beschluss des Obergerichts vom 13. Juli 2009 aufzuheben und die Klage abzuweisen oder eventuell die Sache zur Neuentscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Die Klägerin (Beschwerdegegnerin) schliesst auf Abweisung der Beschwerde. Das Obergericht verzichtet auf eine Vernehmlassung. 