Faits: A. L'Etat de Genève est propriétaire de la parcelle n° 3192 de la commune de Carouge, à l'adresse 17, rue de la Tambourine. Cette parcelle est incluse dans le plan localisé de quartier 28566A-544 (ci-après: le PLQ), adopté par le Conseil d'Etat le 23 juin 1994. Le PLQ adopté en 1994 prévoit notamment: - la construction d'un bâtiment B, affecté prioritairement à la recherche, aux activités correspondant à celles déployées par l'institut Battelle, subsidiairement au logement. Son gabarit est R + 5 + S; - un parking souterrain le long de la façade nord-ouest du bâtiment B, dont l'accès se fait depuis la route de Troinex par une rampe située à l'extrémité sud de cette façade. Ce parking est destiné à l'immeuble de logements de la Caisse de prévoyance du personnel enseignant de l'instruction publique et des fonctionnaires de l'administration du canton de Genève (ci-après: l'immeuble CIA), situé parallèlement à la façade nord-ouest du bâtiment B; - un autre garage souterrain au sud-est du bâtiment B. L'emprise de celui-là s'étend sous les bâtiments voisins (R + 5 + S le long de la route de Troinex sur le PLQ). L'accès se fait depuis la route de Troinex par une rampe située à la moitié de la longueur de la façade sud-est du bâtiment B; - du côté sud de l'immeuble B, un engazonnement et le maintien de quelques arbres existants. B. Le 26 septembre 2007, le Département cantonal des constructions et des technologies de l'information (ci-après: le DCTI) a déposé une demande définitive d'autorisation de construire ayant pour objet la construction d'un bâtiment pour la Haute école de gestion (ci-après: la HEG) de Battelle et un parking souterrain de 77 places sur la parcelle susmentionnée. La construction projetée était l'immeuble B visé dans le PLQ. Les éléments suivants ressortent notamment des plans déposés à l'appui de cette demande: - sur le plan niveau -1 du 31 mars 2009: un parking souterrain le long de la façade sud-est du bâtiment B dont l'accès se fait, depuis la route de Troinex, par la même rampe que celle par laquelle on accède au garage souterrain de l'immeuble CIA; - sur le plan de situation du 26 septembre 2007: la couverture du parking susmentionné, l'aménagement de trois îlots végétalisés, avec la mention du fait que le projet d'aménagement extérieur sera finalisé lorsque la modification du PLQ sera en force; - sur le plan de situation daté du 31 mars 2009: la couverture du parking souterrain, l'aménagement d'environ 130 places de stationnement pour motos et vélos ainsi qu'une desserte routière destinée aux véhicules des transports publics genevois, se terminant par une boucle. Le 26 septembre 2007 également, le DCTI a déposé une demande d'autorisation d'abattage d'arbres du Département cantonal du territoire (ci-après: le DT). Lors de l'instruction de la requête en autorisation de construire, les préavis suivants ont notamment été recueillis: - le 12 novembre 2007, la ville de Carouge a préavisé favorablement le projet, conforme au PLQ, sous réserve de l'adoption du nouveau PLQ mentionné dans la requête en autorisation de construire; - le 3 décembre 2007, le service des monuments et des sites (DCTI) n'a pas formulé d'objections, relevant que le bâtiment s'inscrivait dans la nouvelle image étudiée pour la modification du PLQ; - le 17 février 2007, la commission d'architecture (DCTI) s'est déclarée favorable au projet; - le 15 janvier 2009, le service de l'aménagement (DCTI) a émis un préavis favorable sous réserve, relevant que l'implantation du bâtiment était conforme à l'alignement fixé dans le PLQ. Toutefois, compte tenu du gabarit, une servitude de distance et vue droite était nécessaire pour respecter la distance aux limites de propriété. Par ailleurs, les dimensions du bâtiment étaient légèrement supérieures à celles prévues par le PLQ. Une dérogation était parfaitement envisageable car les droits à bâtir étaient répartis par affectation et non par bâtiment; - le 10 septembre 2008, le domaine nature et paysage (DCTI) a émis un préavis favorable sous réserve des conditions mises à l'autorisation d'abattage; - le 6 octobre 2008, la direction générale de la mobilité (DCTI) a émis un préavis favorable, sous réserve que les PLQ en cours d'élaboration matérialisent une réservation pour la mise à l'heure du bus. Le 6 novembre 2007, l'Association A._ a adressé ses observations au DCTI. Elle demandait pour l'essentiel la modification du projet et la reconsidération du plan d'abattage d'arbres. C. Par décision du 5 mai 2009, le DCTI a délivré l'autorisation de construire sur la parcelle n° 3192. Le même jour, le DT, devenu entre temps le département de l'intérieur et de la mobilité (ci-après: le DIM), a autorisé l'abattage des arbres selon le plan annexé à la requête, assortie de l'obligation de replanter des arbres pour un montant d'au moins 150'000 fr. L'Association A._ et consorts ont déposé un recours contre les deux autorisations précitées auprès de la commission cantonale de recours en matière administrative (ci-après: la commission cantonale), qui les a déboutés le 16 décembre 2010. Par arrêt du 26 juillet 2011, la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève (ci-après: la Cour de justice) a rejeté le recours de l'Association A._ et consorts contre la décision de la commission cantonale du 16 décembre 2010, considérant en substance que la modification de l'emprise du parking souterrain pouvait être acceptée comme étant constitutive d'une modification mineure du PLQ. D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'Association A._ ainsi que B._ et consorts demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt de la Cour de justice du 26 juillet 2011 et de renvoyer la cause à cette autorité pour qu'elle annule les autorisations de construire et d'abattage d'arbres du 5 mai 2009. Subsidiairement, les recourants concluent à l'annulation des autorisations de construire et d'abattage d'arbres précitées. Ils se plaignent d'une constatation incomplète des faits, d'une application arbitraire du droit cantonal ainsi que d'une violation de leur droit d'être entendu et du droit fédéral. La Cour de justice s'en rapporte à justice quant à la recevabilité du recours et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. Le DIM et le DCTI concluent au rejet du recours. Les recourants ont répliqué le 8 novembre 2011; ils persistent dans leurs conclusions. Par ordonnance du 10 octobre 2011, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif contenue dans le recours. 