Faits: A. X._, ressortissant guinéen né en 1977, est entré en Suisse le 4 mai 1999 et y séjourne illégalement depuis 2002 à tout le moins. Le 22 septembre 2006, l'Office fédéral des migrations (ODM) a prononcé à son égard une interdiction d'entrée en Suisse valable jusqu'au 21 septembre 2011. Le 20 août 2008, X._ s'est annoncé auprès du bureau des étrangers de sa commune de domicile afin de solliciter une autorisation de séjour en vue de préparer son mariage avec sa concubine Y._, ressortissante espagnole au bénéfice d'une autorisation d'établissement CE/AELE, avec laquelle le prénommé a quatre enfants, nés en 2006, en 2008, en 2009 et en 2011 respectivement, qu'il a reconnus. Un cinquième enfant est attendu pour le mois de février 2013. X._ a fait l'objet des condamnations pénales suivantes: - peine d'emprisonnement de 10 jours avec sursis prononcée le 5 juillet 2002 par le Ministère public du canton de Genève pour opposition aux actes de l'autorité; - peine d'emprisonnement de 60 jours avec sursis prononcée le 17 octobre 2002 par les Juges d'instruction de Genève pour lésions corporelles simples et menaces; - peine d'emprisonnement de 3 mois avec sursis prononcée le 22 novembre 2005 par le Ministère public du canton de Genève pour infraction à la loi fédérale du 3 octobre 1951 sur les stupéfiants et les substances psychotropes (LStup; RS 812.121) et infraction à l'ancienne loi fédérale sur le séjour et l'établissement des étrangers (LSEE); - peine privative de liberté de 40 jours prononcée le 4 avril 2007 par le Juge d'instruction de Lausanne pour séjour illégal et contravention à la LStup; - peine privative de liberté de 30 jours prononcée le 15 mai 2007 par le Juge d'instruction de Lausanne pour infraction à la LSEE; - peine privative de liberté de 60 jours prononcée le 8 février 2008 par le Juge d'instruction de Lausanne pour séjour illégal; - peine privative de liberté de 30 jours prononcée le 11 novembre 2008 par le Juge d'instruction de Lausanne pour injure, menaces et séjour illégal; - peine pécuniaire de 30 jours-amende à 20 fr. et amende de 200 fr. prononcées le 26 août 2010 par le Tribunal de police de Lausanne pour séjour illégal et contravention à la LStup. En outre, X._ a fait l'objet, d'août 2005 à août 2010, de plus de quarante interventions de la gendarmerie pour différents litiges, vols à l'étalage, violence domestique et mauvais traitement d'enfant, bagarres et voies de fait ou encore tapage nocturne, notamment. Enfin, X._ fait l'objet d'une enquête pénale pour mise en danger de la vie d'autrui, lésions corporelles, voies de fait, menaces, injure, violation de domicile et dommages à la propriété, et se trouve actuellement en détention préventive, depuis le 14 mars 2011 apparemment. Selon un rapport d'arrestation provisoire du 13 mars 2011, le 12 mars 2011, vers 5h20, la gendarmerie a été sollicitée à la suite d'une bagarre dans laquelle avait pris part X._, qui a déclaré qu'une altercation l'avait opposé à sa maîtresse et à un ami de celle-ci. Plus tard le même jour, cette dernière faisait appel à la gendarmerie, qui l'a rencontrée en pleurs, pieds nus dans la rue: elle a affirmé que X._ et Y._, enceinte de six mois, s'étaient rendus à son domicile après avoir enfoncé la porte d'entrée de son immeuble ainsi que la porte de son appartement; après qu'elle ait contacté les forces de l'ordre, le prénommé l'aurait alors projetée au sol et lui aurait heurté la tête au sol, puis l'aurait étranglée avant de la menacer de la tuer en posant sur sa gorge la lame d'un couteau de cuisine; il aurait encore tenté de la défenestrer, avant de faire de même de Y._. Par décision du 14 novembre 2008, le Service de la population a refusé de délivrer l'autorisation de séjour au motif qu'aucune date de mariage n'avait été fixée et que l'avis de clôture de la procédure préparatoire au mariage ne lui avait pas été transmis. Par arrêt du 27 mars 2009 (PE.2009.0017), le Tribunal cantonal du canton de Vaud a partiellement admis le recours interjeté contre cette décision et renvoyé le dossier pour nouvelle décision, retenant en bref que le dossier ne contenait pas les éléments permettant de statuer sous l'angle de l'art. 8 de la Convention du 4 novembre 1950 de sauvegarde des droits de l'homme et des libertés fondamentales (CEDH; RS 0.101), s'agissant des relations que le recourant entretiendrait avec ses enfants. Le 5 mai 2010, l'Office fédéral des migrations a levé l'interdiction d'entrée en Suisse prononcée à l'encontre de X._ et a approuvé la délivrance d'une autorisation de séjour de courte durée valable jusqu'au 30 avril 2011 - délivrée par le Service de la population du canton de Vaud le 5 mai 2010 - afin de permettre au couple de concrétiser son mariage dans l'intervalle. Selon une attestation établie le 8 février 2010 par la Direction de l'Etat civil du Service de la population, des formalités de mariage ont été entreprises "dès le 26 septembre 2009 [recte: 2008]" entre X._ et sa concubine; il était précisé que les formalités de légalisation des documents produits par le prénommé pourraient encore durer entre 3 et 6 mois. Par lettres du 15 juin puis du 4 août 2011, le Service de la population a informé X._ de son intention de refuser le renouvellement de son autorisation de séjour en vue de mariage et lui a imparti un délai pour se déterminer, ce que l'intéressé a fait le 25 août 2011. Le 9 septembre 2011, le Service de la population a précisé avoir été informé par l'état civil que la procédure de mariage de X._ était suspendue depuis le mois d'avril 2011, l'état civil étant depuis lors sans nouvelles des fiancés, et a prié l'intéressé de lui fournir des renseignements à ce sujet ainsi que s'agissant de sa situation financière. Le 8 octobre 2011, X._ a produit une attestation de prise en charge financière, à hauteur de 2'100 fr par mois, émanant de son père, résidant en Guinée. Par lettre du 4 mai 2012, le Service de la population a informé X._ qu'il avait l'intention de refuser le renouvellement de son autorisation de séjour et de prononcer son renvoi de Suisse, et lui a imparti un délai pour se déterminer, ce que l'intéressé a fait le 21 mai 2012. B. Par décision du 29 juin 2012, le Service de la population a refusé la prolongation de l'autorisation de séjour, sous quelque forme que ce soit, de X._ et a prononcé son renvoi de Suisse dans un délai d'un mois. En bref, il a retenu que l'intéressé n'était pas en mesure de produire l'avis de clôture de la procédure préparatoire de mariage ni même une date éventuelle de la conclusion de celui-ci et qu'il avait fait l'objet de nombreuses plaintes et condamnations pénales en Suisse, démontrant ainsi son incapacité à s'intégrer et à respecter l'ordre établi. Par mémoire du 13 août 2012, X._ a recouru auprès du Tribunal cantonal du canton de Vaud contre la décision du 29 juin 2012. Le 4 septembre 2012, le recourant a produit une demande d'ouverture d'un dossier de mariage signée le 23 août 2012 par lui-même et sa concubine. C. Par arrêt du 25 octobre 2012, le Tribunal cantonal a rejeté le recours déposé par l'intéressé contre la décision du 29 juin 2012. Ce dernier ne pouvait plus se prévaloir d'une procédure préparatoire de mariage en cours lorsque l'autorité intimée a statué sur la prolongation de son autorisation de séjour, puisque cette procédure, initiée plus de quatre ans auparavant, avait été abandonnée, et non pas seulement suspendue depuis le mois d'avril 2011. Comme l'intéressé ne paraissait pas avoir la garde des enfants ni exercer l'autorité parentale sur eux ni subvenir financièrement à leur entretien et qu'en outre il n'avait pas fait preuve d'un comportement exemplaire en Suisse, il ne pouvait prétendre à une autorisation de séjour fondée sur l'art. 8 CEDH. D. Par mémoire du 23 novembre 2012, invoquant la protection de la vie familiale, X._ demande au Tribunal fédéral d'annuler la décision du 29 juin 2012 et implicitement de lui donner une autorisation de séjour. Il sollicite le bénéfice de l'assistance judiciaire. Il demande l'effet suspensif et fait élection de domicile chez Y._, dont il demande l'audition. Le Service de la population et l'Office fédéral des migrations renoncent à déposer des observations. 