Sachverhalt: A. Am 5. Juni 2010 ereignete sich auf der Seestrasse in Horgen ein Verkehrsunfall, bei dem A._, die mit dem Fahrrad unterwegs war, verletzt wurde. X._, der einen Personenwagen lenkte, bestritt in der Strafuntersuchung, dass es zwischen ihm und A._ zu einer Kollision gekommen sei. Die Staatsanwaltschaft Limmattal/Albis hielt mit Verfügung vom 20. September 2010 fest, dass A._ keinen Strafantrag wegen fahrlässiger Körperverletzung gestellt habe und aufgrund der Akten keine schwere Körperverletzung im Sinne von Art. 125 Abs. 2 StGB vorliege. Gleichzeitig überwies sie die Akten an das Statthalteramt des Bezirks Horgen. Mit Strafverfügung vom 10. Dezember 2010 verurteilte das Statthalteramt X._ wegen einfacher Verletzung von Verkehrsregeln zu einer Busse von Fr. 450.--. Nach einer Einsprache von X._ wurde die Untersuchung ergänzt und die Sache am 20. Dezember 2011 an das Bezirksgericht Horgen zur gerichtlichen Beurteilung überwiesen. B. Am 9. Januar 2012 erkundigte sich die Gerichtsschreiberin des Bezirksgerichts telefonisch bei A._, ob sie sich als Privat- oder Strafklägerin konstituieren wolle. Mit Schreiben vom 17. Januar 2012 teilte die Gerichtsschreiberin des Bezirksgerichts A._ mit, dass diese nach Ansicht des Gerichts - jedoch entgegen der Ansicht der Staatsanwaltschaft - einen Strafantrag wegen fahrlässiger Körperverletzung (Art. 125 Abs. 1 StGB) gestellt habe. Dieser sei jedoch bisher nicht weiterverfolgt worden. A._ wurde ersucht, dem Gericht bis zum 6. Februar 2012 mitzuteilen, ob sie den Strafantrag zurückziehe. Am 19. Januar 2012 reichte das Statthalteramt beim Bezirksgericht das Strafantragsformular nach, woraus sich ergibt, dass A._ am 9. Juni 2010 von der Kantonspolizei Zürich darüber informiert wurde, dass sie innert drei Monaten einen Strafantrag stellen könne. Mit Verfügung vom 24. Februar 2012 hielt der zuständige Einzelrichter am Bezirksgericht Horgen fest, dass A._ keinen Strafantrag gestellt habe und X._ wegen fahrlässiger Körperverletzung im Sinne von Art. 125 Abs. 1 StGB strafrechtlich nicht verfolgt werde. Am 18. April 2012 stellte X._ ein Ausstandsbegehren gegen den zuständigen Einzelrichter. Dieses wurde am 20. April 2012 zusammen mit einer Stellungnahme des Einzelrichters an das Obergericht des Kantons Zürich weitergeleitet. Das Obergericht trat mit Beschluss vom 27. Juli 2012 auf das Ausstandsbegehren nicht ein, weil es verspätet erhoben worden sei. C. Mit Beschwerde in Strafsachen an das Bundesgericht vom 5. September 2012 beantragt X._ die Aufhebung des Beschlusses des Obergerichts vom 27. Juli 2012 und die Rückweisung des Ausstandsgesuchs an die Vorinstanz zur materiellen Behandlung. Der zuständige Einzelrichter und das Obergericht verzichten auf Vernehmlassung. D. Mit Präsidialverfügung vom 3. Oktober 2012 wurde der Beschwerde aufschiebende Wirkung beigelegt. 