Faits: A. Par décisions des 9 juillet, 1er et 16 octobre 2002, l'Office cantonal genevois de l'assurance-invalidité (ci-après: l'office AI) a alloué à S._ (née en 1965) une demi-rente d'invalidité du 1er octobre 1999 au 31 juillet 2000, puis une rente entière d'invalidité dès le 1er août 2000, fondée sur un taux d'invalidité de 67 %. Au cours d'une révision initiée d'office, l'administration a notamment chargé le docteur O._ d'une expertise. Il a également mandaté le docteur L._ pour une évaluation psychiatrique de l'assurée. Après avoir suivi le traitement spécialisé préconisé par l'expert (rapport du 2 décembre 2005), l'intéressée a été examinée le 26 avril 2007 par le docteur E._, psychiatre auprès du Service médical régional AI (SMR). Selon le médecin, l'état de santé de l'assurée avait évolué de façon favorable et elle disposait du point de vue psychique d'une capacité de travail entière dans toute activité professionnelle respectant les limitations fonctionnelles somatiques (rapport du 22 mai 2007). Le 30 juin 2008, l'office AI a rendu une décision par laquelle il a remplacé la rente entière d'invalidité octroyée à S._ par un quart de rente à partir du 1er juillet 2008, au motif qu'elle présentait, après comparaison des revenus déterminants, un taux d'invalidité de 41 %. B. Statuant le 7 mai 2009 sur le recours formé par l'assurée contre la décision administrative, le Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève l'a admis partiellement. Constatant que S._ avait droit à un trois-quarts de rente d'invalidité à compter du 1er août 2008, il a renvoyé la cause à l'office AI pour calcul des prestations dues. C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Il assortit son recours d'une demande d'effet suspensif. S._ conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer. 