Faits: A. A._ est propriétaire de la parcelle n° 2737 du cadastre de la commune de Genève (Plainpalais) sur laquelle est érigé un immeuble d'habitation avec rez-de-chaussée affecté aux activités commerciales, sis à l'angle du boulevard Carl-Vogt 16-18 et de la rue du Vélodrome 15. Cette parcelle est située en 2ème zone de construction selon le droit cantonal. Le 9 avril 2009, A._ a requis, auprès du Département des constructions et des technologies de l'information (ci-après: le DCTI) l'autorisation définitive de surélever le bâtiment de deux niveaux supplémentaires. Dans le cadre de l'instruction, le DCTI a recueilli les préavis nécessaires, dont ceux de la Commission d'architecture (28 avril et 15 septembre 2009) et de la Commune de Genève (15 juin et 20 octobre 2009). Faisant suite au préavis défavorable de la Commission d'architecture du 28 avril 2009, A._ a déposé un projet modifié consistant en la pose d'un volume simple et épuré sur l'attique existant. Le 15 septembre 2009, ce projet modifié a été préavisé positivement par la Commission d'architecture. La Ville de Genève a en revanche maintenu son préavis négatif. Par décision du 21 janvier 2010, le DCTI a délivré l'autorisation de construire moyennant l'octroi d'une dérogation selon l'art. 11 de la loi cantonale du 14 avril 1988 sur les constructions et les installations diverses [LCI; RSG L 5 05]. Le même jour, le DCTI a informé le conseil administratif de la Ville de Genève que son préavis défavorable n'avait pas été retenu. L'autorisation a été publiée dans la feuille d'avis officielle de la République et canton de Genève du 27 janvier 2010. B. La Commission cantonale de recours en matière administrative (ci-après: la commission de recours, devenue dès le 1er janvier 2011 le Tribunal administratif de première instance) a confirmé cette autorisation au terme d'une décision rendue le 14 septembre 2010 sur recours de la Ville de Genève. Elle a confirmé l'octroi d'une dérogation pour la hauteur du gabarit du bâtiment en vertu de l'art. 23 al. 4 LCI. C. Par arrêt du 21 juin 2011, la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève (ci-après: la Cour de justice ou la cour cantonale) a rejeté le recours déposé par la Ville de Genève. Elle a confirmé l'autorisation de surélévation du bâtiment moyennant l'octroi d'une dérogation selon l'art. 11 al. 4 LCI; par surabondance, elle a estimé que même à supposer que l'autorisation eût dû être délivrée sur la base de l'art. 23 al. 4 LCI, le recours aurait également été infondé. D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, la Ville de Genève conclut principalement à ce que l'arrêt de la Cour de justice et l'autorisation définitive de construire soient annulés, subsidiairement à ce qu'elle soit acheminée à prouver les faits allégués dans son recours. A l'appui de ses conclusions, elle se plaint d'une application arbitraire de l'art. 23 al. 5 et 6 LCI ainsi que de l'art. 11 LCI. La Cour de justice a renoncé à déposer des observations et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. Le DCTI propose de déclarer le recours irrecevable, subsidiairement de le rejeter. L'intimé conclut au rejet du recours dans la mesure où il est recevable. La Ville de Genève a répliqué et l'intimée a dupliqué. 