Faits: A. I._ a travaillé en qualité de concierge pour le compte de l'Agence immobilière X._ & Cie depuis le 1er janvier 2004 à raison de cinq heures hebdomadaires. Elle a arrêté de travailler le 7 mai 2008 pour se faire opérer à la suite de la récidive d'un méningiome fronto-temporal gauche. Elle a repris le travail à 50 % le 1er mai 2009 (questionnaire pour l'employeur du 9 juin 2009). Le 25 mai 2009, l'assurée a déposé une demande de prestations auprès de l'Office cantonal genevois de l'assurance-invalidité (ci-après: l'office AI) en raison des séquelles du méningiome cérébral. Dans un rapport du 16 juin 2009, la doctoresse R._, spécialiste FMH en médecine interne et médecin traitant, a diagnostiqué, avec répercussion sur la capacité de travail, un méningiome fronto-temporal gauche réséqué en 1995 avec récidive locale de grade II, traitée par résection élective le 9 mai 2008 et compliquée d'un hématome local. Elle a fixé la capacité de travail résiduelle de l'assurée dans l'activité de concierge à 25 %. Dans le cadre de l'instruction de la demande, l'office AI a obtenu des renseignements des docteurs K._, L._, N._, C._, médecins auprès du Service de neurorééducation de l'Hôpital Y._, du docteur W._, médecin adjoint auprès du Service de radio-oncologie de Y._ et du docteur J._, médecin adjoint auprès du Service de neurologie de Y._. Il a également demandé la réalisation d'un examen neuropsychologique au psychologue O._, spécialiste FSP en neuropsychologie et psychothérapie (rapport du 20 septembre 2010) et mandaté le docteur F._, spécialiste FMH en neurologie pour qu'il effectue une expertise (rapport du 1er février 2011). Dans un rapport du 4 février 2011, la doctoresse M._, médecin auprès du Service médical régional AI (SMR), a considéré que la capacité de travail de l'assurée était nulle dans toute activité. Une enquête ménagère, effectuée le 8 mars 2011, a fixé le taux d'empêchement ménager à 10 % et retenu que sans atteinte à la santé l'assurée aurait exercé une activité professionnelle à 15 %. Par projet de décision du 14 avril 2011, confirmé par décision du 9 juin 2011, l'office AI a informé l'assurée qu'il envisageait de lui refuser le droit à des mesures professionnelles et à une rente d'invalidité. L'administration a retenu pour le statut d'active un taux de 15 % (et de 85 % pour le statut de ménagère), dès lors que l'assurée aurait travaillé à ce taux comme concierge sans atteinte à la santé, et non pas à 50 % comme elle le soutient. Avec un taux d'empêchement ménager de 10 %, il en résultait un taux global d'invalidité de 23,5 %, arrondi à 24 % (15 % pour la part professionnelle et 8,5 % pour la part ménagère), lequel était insuffisant pour donner droit à une rente d'invalidité. La capacité de travail étant entière (recte nulle) dans toute activité, l'octroi de mesures professionnelles devait également être refusé. B. I._ a déféré cette décision à la Cour de Justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, qui, après avoir entendu le mari de I._, a par jugement du 23 novembre 2011 admis partiellement le recours, accordant à l'assurée une rente entière d'invalidité de mai à juillet 2009, un trois quarts de rente d'août 2009 à mars 2010 et un quart de rente dès avril 2010. C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Il conclut principalement à la confirmation de sa décision du 9 juin 2011 et, subsidiairement, au renvoi du dossier à la juridiction cantonale pour complément d'instruction et nouveau jugement. L'intimée a conclu, sous suite de frais et dépens, au rejet du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales (OFAS) a renoncé à se déterminer. 