Fatti: A. A.a Lamentando le conseguenze di un infortunio subito alla mano destra nel 1992, F._, già attivo professionalmente come disegnatore del genio civile, il 29 agosto 2000 ha presentato una domanda di prestazioni AI. Esperiti i propri accertamenti, l'Ufficio AI del Cantone Ticino (UAI) ha respinto la richiesta per carenza di invalidità di grado pensionabile (decisione del 18 aprile 2002). F._ ha impugnato il provvedimento amministrativo presso il Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino, il quale, con pronuncia del 5 febbraio 2003, ha respinto il gravame, trasmettendo tuttavia nel contempo gli atti all'UAI per esame riferito al periodo posteriore alla data della decisione in lite 18 aprile 2002. A.b Esperiti i necessari accertamenti e preso in particolare atto delle risultanze di una perizia psichiatrica nella quale veniva attestata una incapacità lavorativa del 50%, l'UAI, con decisioni del 13 ottobre 2004, ha posto l'interessato al beneficio di un quarto di rendita (grado del 41%) per il periodo dal 1° dicembre 2002 al 28 febbraio 2003 e di una mezza rendita (grado del 50%) dal 1° marzo 2003. L'UAI ha confermato tale posizione il 9 settembre 2005 anche in seguito all'opposizione interposta da F._. Ulteriormente adito dall'assicurato, il Tribunale cantonale delle assicurazioni ha annullato la decisione su opposizione querelata e rinviato gli atti all'UAI per accertare la capacità lavorativa globale dell'interessato, tenendo conto sia della problematica alla mano destra, sia della patologia psichica, e statuire di nuovo sui diritti di quest'ultimo (pronuncia del 12 settembre 2006). A.c Dando seguito alla pronuncia di rinvio, l'amministrazione ha disposto l'allestimento di una perizia pluridisciplinare a cura del Servizio accertamento medico dell'AI (SAM), i cui responsabili, con referto del 5 settembre 2007, hanno attestato una capacità lavorativa del 50% in attività simili a quella precedente di disegnatore del genio civile a partire dal marzo 2003. Sulla base delle conclusioni peritali, per decisione 7 aprile 2008 l'UAI ha confermato il diritto di F._ a una mezza rendita d'invalidità dal 1° marzo 2003 (grado del 50%). B. Postulando in sostanza il riconoscimento di una rendita intera, F._ si è nuovamente aggravato al Tribunale cantonale delle assicurazioni, il quale, per pronuncia del 23 aprile 2009, ne ha respinto il gravame confermando l'operato dell'amministrazione. C. Patrocinato dall'avv. Marco Cereghetti, F._ è insorto al Tribunale federale, al quale, in accoglimento del gravame, chiede, in via principale, l'annullamento del giudizio impugnato e il riconoscimento di una rendita intera AI sulla base di un grado di inabilità lavorativa totale. In via subordinata postula l'annullamento del giudizio cantonale e il rinvio della causa all'istanza precedente affinché disponga un complemento istruttorio e renda un nuovo giudizio. In via ancora più subordinata domanda l'annullamento della pronuncia impugnata e il rinvio degli atti all'amministrazione per complemento delle indagini mediche e nuova decisione. Il tutto con protesta di spese e ripetibili. L'UAI propone la reiezione del gravame, mentre l'Ufficio federale delle assicurazioni sociali ha rinunciato a determinarsi. 