Faits: A. D._ est né hors mariage le 26 juillet 1939 à Y._. Par jugement du 30 janvier 1948, le Tribunal de première instance de Genève a rejeté l'action en paternité et en paiement d'une contribution d'entretien introduite par le curateur de l'enfant contre le père biologique présumé, B.X._, motif pris de l'inconduite de la mère à l'époque de la conception. Non frappé d'appel, ce jugement est devenu définitif. B. B.X._ s'est marié avec A.X._. Un enfant est issu de cette union, C.X._, né en 1949. B.X._ est décédé le 28 mai 1976 à Y._, où il a été inhumé. C. Avec l'apparition des nouvelles techniques d'analyses de matériel génétique, D._ a entrepris diverses démarches dès 1997 afin qu'il soit procédé à une expertise comparative de son ADN avec celui de la dépouille de B.X._ qu'il souhaitait faire exhumer. Les héritiers du défunt, A._ et C.X._, s'y sont opposés. D. Le 6 mai 1999, invoquant de nouveaux moyens de preuve, D._ a introduit auprès du Tribunal de première instance de Genève une demande en révision du jugement du 30 janvier 1948. A titre de mesure provisionnelle, il a requis une expertise visant à prélever et à analyser l'ADN de la dépouille de B.X._. Cette requête a été écartée par jugement du 25 juin 1999, confirmé par la Cour de justice le 2 septembre suivant. Le Tribunal fédéral a, le 22 décembre 1999, rejeté le recours de droit public formé par D._ contre ce dernier prononcé (arrêt 1P.600/1999 dont le consid. 2 est publié in SJ 2000 I p. 489 et in FamPra.ch 2000 p. 702). Le 25 mai 2000, D._ a retiré sa demande en révision du 6 mai 1999. Par jugement du 23 juin 2000, le Tribunal de première instance a pris acte de ce retrait avec désistement. E. Par arrêt du 13 juillet 2006, statuant sur la requête individuelle du 27 juin 2000 de D._ contre la Confédération suisse, la Cour européenne des droits de l'homme a notamment jugé que, au vu des circonstances du cas d'espèce et de l'intérêt prépondérant en jeu pour le requérant, les autorités suisses n'avaient pas garanti à l'intéressé le respect de sa vie privée auquel il avait droit en vertu de la Convention et a constaté qu'il y avait eu violation de l'art. 8 CEDH (affaire n o 58757/00, in Recueil CourEDH 2006-X p. 1, résumé in PJA 2007 p. 119). F. Statuant le 30 juillet 2007, le Tribunal fédéral a admis la demande en révision de son arrêt du 22 décembre 1999 déposée par D._. Sur rescindant, il a rétracté son prononcé. Sur rescisoire, il a constaté que le recours au Tribunal fédéral était devenu sans objet dès lors qu'il portait sur une mesure de preuve à futur dans une procédure qui avait cessé d'exister à la suite du retrait de la demande avec désistement (cf. supra, consid. D in fine). Il a refusé d'ordonner directement une expertise de comparaison d'ADN aux fins de déterminer la filiation paternelle de l'intéressé. Il a relevé à cet égard que celui-ci devait entreprendre ab initio les démarches qu'il estimait utiles pour faire constater cette filiation, le droit imprescriptible à une telle constatation étant reconnu tant par la jurisprudence du Tribunal fédéral que par la Cour européenne des droits de l'homme (arrêt 1F_1/2007 publié in PJA 2008 p. 228). G. Par acte déposé le 12 décembre 2007, D._, agissant à l'encontre de A._ et C.X._, a demandé que l'Institut universitaire de médecine légale (ci-après: IUML) soit autorisé à faire une expertise d'ADN sur la dépouille de feu B.X._, en vue d'établir l'existence ou non de la paternité biologique de ce dernier. Le 28 novembre 2008, le Tribunal de première instance de Genève a fait droit à cette requête. Le 17 août 2009, l'IUML a rendu un rapport d'expertise de recherche en paternité dans lequel il a conclu que la probabilité de paternité obtenue était supérieure à 99,9 %, de telle sorte que la paternité de B.X._ sur D._ pouvait être considérée comme pratiquement prouvée. Ce dernier a déclaré avoir reçu ce document à la fin du mois d'août 2009. H. Le 2 décembre 2009, D._ a demandé à la Direction cantonale de l'Etat civil que sa filiation paternelle soit inscrite dans les registres topiques. Par courrier du 4 janvier 2010, la directrice a déclaré ne pas pouvoir donner suite à cette requête, en l'absence d'un jugement en constatation de paternité. Le 10 février 2010, en réponse à la demande de renseignements du 7 janvier précédent de D._, elle a indiqué à ce dernier qu'il appartenait au Tribunal de première instance de prononcer un jugement déclaratif de paternité. Elle l'a par ailleurs rendu attentif aux délais de l'art. 263 CC et l'a invité à consulter un avocat. I. Par demande du 24 février 2010 dirigée contre A._ et C.X._, D._ a conclu à ce qu'il soit dit et constaté que feu B.X._ était bien son père et à ce que ce lien de filiation soit inscrit dans les registres idoines. Par jugement du 8 septembre 2010, le Tribunal de première instance a déclaré l'action «irrecevable». Il a considéré en substance que la demande était tardive, dès lors que l'intéressé avait eu connaissance avec certitude de la paternité de B.X._ lors du dépôt du rapport d'expertise ADN du 17 août 2009, mais n'avait entrepris sa première démarche auprès de la Direction de l'Etat civil que le 2 décembre 2009, soit plus de trois mois après, puis n'avait saisi le tribunal que le 24 février 2010. Or, il n'avait invoqué aucune raison l'ayant empêché d'agir plus tôt, soit avec toute la célérité possible que lui imposait la loi. L'autorité a en outre relevé que la demande de révision, à laquelle il semblait avoir renoncé, aurait dû être déposée dans le délai de deux mois dès la découverte des pièces nouvelles, délai qui était manifestement échu. Vu l'issue de la procédure, elle n'a pas tranché la question de l'autorité de la chose jugée du jugement du 30 janvier 1948. Le 17 juin 2011, sur appel de D._, la Chambre civile de la Cour de justice a confirmé ce jugement. Elle a considéré en bref qu'aucune circonstance exceptionnelle ne justifiait qu'il ait attendu le 2 décembre 2009 pour effectuer une première démarche auprès de la Direction de l'Etat civil et le 24 février 2010 pour introduire l'action en paternité, alors même qu'il avait reçu le résultat de l'expertise ADN à la fin août 2009. Plus particulièrement, l'ignorance alléguée des démarches à entreprendre ne justifiait pas son inaction totale pendant les trois mois qui avaient suivi l'obtention de la preuve de son lien de filiation avec B.X._. En se rendant immédiatement à la Direction cantonale de l'Etat civil, il aurait en effet rapidement été informé du type d'action à introduire. Les difficultés financières qu'il soulevait n'étaient par ailleurs pas relevantes, puisqu'il aurait pu faire appel à l'assistance judiciaire. Enfin, il n'avait pas expliqué en quoi avaient consisté les répercussions psychologiques - au demeurant non corroborées par un certificat médical - qu'il aurait subies à la suite du résultat de l'expertise, ni en quoi elles l'auraient empêché d'agir. Au vu de ces éléments, l'autorité cantonale a retenu que l'action a été introduite tardivement. Vu ces conclusions, elle n'est pas entrée en matière sur la question de l'autorité de la chose jugée du jugement de 1948, laquelle n'avait au demeurant pas été examinée par le premier juge. J. Par écriture du 10 août 2011, D._ exerce un recours en matière civile au Tribunal fédéral. Il demande principalement qu'il soit constaté que feu B.X._ était son père et que cette filiation soit inscrite dans les registres idoines. Il conclut subsidiairement à la «recevabilité de la requête» et au renvoi de la cause pour nouvelle décision. Les intimés proposent le rejet du recours. L'autorité cantonale se réfère à ses considérants. K. Le 22 novembre 2012, le Tribunal fédéral a délibéré sur le recours en séance publique. 