Sachverhalt: A. Die bolivianische Staatsangehörige A X._ (geb. 1964) reiste (letztmals) am 4. November 1997 ohne Visum in die Schweiz ein. Am 18. April 1998 heiratete sie den Schweizer Bürger C X._, worauf ihr eine Aufenthaltsbewilligung für den Verbleib beim Ehegatten erteilt wurde (letztmals verlängert bis zum 17. April 2003). Am 5. August 1998 gebar sie den Sohn B X._, welcher das Schweizer Bürgerrecht erhielt. Dessen leiblicher Vater ist jedoch ein dominikanischer Staatsangehöriger, der im gleichen Jahr wegen Drogenhandels festgenommen wurde. Seit März 2000 lebt A X._ von ihrem schweizerischen Ehegatten getrennt. Wegen rechtswidrigen Aufenthalts in der Schweiz vom 5. Februar bis zum 6. April 1998 wurde A X._ im August 1998 zu einer bedingten Gefängnisstrafe von 10 Tagen verurteilt. Im Dezember 2002 wurde sie wegen Verdachts auf Betäubungsmittelhandel inhaftiert und mit Urteil der Cour d'Assises des Kantons Genf vom 4. Dezember 2004 (vom Bundesgericht bestätigt mit Urteil 6P.80/2005_6S.230/2005 vom 3. Juli 2005) wegen banden- und gewerbsmässiger Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz (Beteiligung an Einfuhr von und Handel mit insgesamt zwölf Kilogramm Kokain im Zeitraum von Ende 1997 bis 2002) mit neun Jahren, elf Monaten und zwanzig Tagen Zuchthaus sowie mit 15 Jahren Landesverweisung bestraft. Am 3. August 2009 wurde A X._ aus dem Strafvollzug bedingt entlassen. Sie zog darauf zu ihrer in der Schweiz wohnhaften Schwester, bei der seit ihrer Festnahme im Jahre 2002 auch ihr Sohn B X._ lebt. B. Nach Gewährung des rechtlichen Gehörs verweigerte die Sicherheitsdirektion (Migrationsamt) des Kantons Zürich mit Verfügung vom 14. August 2008 die Verlängerung der Aufenthaltsbewilligung von A X._. Der dagegen beim Regierungsrat des Kantons Zürich von A X._ eingereichte Rekurs blieb ohne Erfolg. A X._ sowie ihr Sohn B X._ beschwerten sich gegen den Regierungsratsbeschluss beim Verwaltungsgericht des Kantons Zürich. Dieses verneinte die Legitimation des Sohnes und wies die Beschwerde ab, soweit es darauf eintrat. C. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten vom 8. Oktober 2009 beantragen A X._ und der Sohn B X._, den Entscheid des Verwaltungsgerichts des Kantons Zürich vom 2. September 2009 und damit auch die Verfügung des Migrationsamtes vom 14. August 2008 und den Regierungsratsbeschluss vom 8. Juli 2009 vollumfänglich aufzuheben und A X._ den weiteren Aufenthalt im zürcherischen Kantonsgebiet zu gestatten. Zudem stellen sie die Begehren, der Beschwerde die aufschiebende Wirkung zu erteilen, ihnen die Vernehmlassungen zur Stellungnahme sowie sämtliche weiteren Schriftenwechsel zuzustellen. Weiter ersuchen sie um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung für das bundesgerichtliche Verfahren. Das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich hat auf eine Vernehmlassung verzichtet, die Sicherheitsdirektion des Kantons Zürich liess sich nicht vernehmen, und das Bundesamt für Migration hat seine Stellungnahme verspätet eingereicht. D. Mit Verfügung vom 13. Oktober 2009 hat der Präsident der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung des Bundesgerichts der Beschwerde aufschiebende Wirkung zuerkannt. 