Faits: A. Par décision du 30 juin 2004, l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après: l'office AI) a rejeté la demande de prestations présentée par K._. Saisi d'un recours de l'assurée contre cette décision, le Tribunal des assurances du canton de Vaud (aujourd'hui, Tribunal cantonal, Cour des assurances sociales) l'a rejeté par jugement du 11 avril 2006, en se fondant sur un rapport rendu le 21 juin 2004 par les docteurs O._ et L._, médecins auprès du Service médical régional AI (SMR). Ce jugement est entré en force. Le 11 octobre 2007, l'assurée a déposé une nouvelle demande de prestations de l'assurance-invalidité, sur laquelle l'office AI n'est pas entré en matière (décision du 20 mai 2008). B. Le 20 juin 2008, K._ a à la fois déféré cette décision au Tribunal cantonal vaudois et déposé une demande de révision du jugement du 11 avril 2006. A l'appui de sa demande, elle a produit une lettre du 15 novembre 2006 adressée par le Service de la santé publique du canton de Vaud à l'office AI et concernant la doctoresse L._. Par jugement du 6 mai 2009, le Tribunal cantonal a admis la demande de révision, annulé le jugement du 11 avril 2006 ainsi que la décision du 30 juin 2004 de l'office AI et renvoyé la cause à l'administration pour complément d'instruction au sens des considérants puis nouvelle décision. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'office AI conclut à l'annulation du jugement du 6 mai 2009. Le Tribunal fédéral a renoncé à procéder à un échange d'écritures. 