Faits: A. A.a F._ est mère de deux enfants, nés en mai 1997 et novembre 2001. Elle a travaillé en qualité de vendeuse chez X._ SA, à plein temps dès le 1er janvier 1996, à raison en moyenne de 28 heures par semaine du 1er novembre 1997 au 31 janvier 2000, puis de 32 heures par semaine jusqu'au 30 juin 2000. Étant par la suite en arrêt de travail en raison d'une arthrose précoce de la hanche gauche, elle a déposé le 8 octobre 2001 auprès de l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève (ci-après: l'OAI) une demande tendant à l'octroi d'un reclassement dans une autre profession. Dans le cadre de l'instruction de cette demande, la doctoresse L._, médecin traitant, a estimé que la capacité résiduelle de travail de sa patiente était de 50 % dans une activité adaptée (rapport du 3 septembre 2002). L'administration a alors chargé le docteur Z._, spécialiste de chirurgie orthopédique, d'une expertise. Ce médecin a diagnostiqué une coxarthrose gauche sur probable épiphysiolyse de la tête fémorale à l'âge de 15 ans, une inégalité de longueur des membres inférieurs en défaveur de la gauche, une discrète scoliose dorso-lombaire, des troubles dégénératifs sacro-iliaques prédominant à droite et des séquelles d'une ancienne maladie de Scheuermann dorsale. Il a considéré qu'une activité à 50 % en position assise ou alternée serait envisageable; cependant, l'assurée présentait régulièrement des crises douloureuses importantes qui l'obligeaient à rester alitée durant plusieurs jours; dès lors, la capacité résiduelle de travail était nulle (rapport du 1er avril 2003). Un stage d'observation professionnelle, effectué par l'assurée du 4 au 31 octobre 2004 auprès du Centre d'intégration professionnelle de l'assurance-invalidité (ci-après: le COPAI), a mis en évidence une capacité de travail de 50 % dans une activité adaptée (rapport du 24 novembre 2004). Se fondant sur ces différents éléments, et considérant l'assurée comme une personne active, l'OAI lui a octroyé un quart de rente dès juin 2001, retenant un taux d'invalidité de 43 % (décision du 10 janvier 2006, confirmée sur opposition le 19 décembre 2006). A.b Le Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève (aujourd'hui: la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales) a partiellement admis le recours de l'intéressée et renvoyé la cause à l'administration pour complément d'instruction sur son statut et son état de santé, tout en maintenant sa rente (jugement du 17 mars 2009). Reprenant l'instruction du dossier, l'OAI a recueilli les renseignements usuels auprès des médecins traitants de l'intéressée. Le docteur A._ a indiqué que l'état de santé de sa patiente était stationnaire; toutefois, celle-ci le consultait pour des cervicalgies sur troubles statiques du dos et des hanches (rapport du 15 mai 2009). La doctoresse L._ a estimé que la capacité résiduelle de travail pourrait s'élever à 50 %, avec un risque d'absentéisme élevé (rapport du 22 mai 2009). L'administration a alors chargé son service médico-social (ci-après: le SMR) d'examiner l'assurée. Le docteur P._, spécialiste de médecine physique, réadaptation et rhumatologie, a diagnostiqué, avec effets sur la capacité de travail, une coxarthrose à gauche, clinique modérée, sur probable épiphysiolyse de la tête fémorale et des lombalgies dans un contexte de trouble statique léger et surcharge articulaire postérieure en L5-S1. L'exigibilité était, dans la sphère professionnelle, de 50 % dans une activité adaptée, avec une diminution de rendement de 30 % et, dans les activités ménagères, de 80 % (rapport du 14 juillet 2009). Une enquête économique sur le ménage a conclu à un statut mixte de l'assurée, soit 80 % d'activité professionnelle et 20 % d'activité ménagère, ainsi qu'à un empêchement de 9 % dans la sphère ménagère (rapport du 23 septembre 2009). Sur la base de ces éléments, l'OAI a procédé à une comparaison des revenus qui a conduit à une perte de gain de 56 %. Compte tenu de la répartition entre les champs d'activité, le taux d'invalidité global était de 47 % (soit 45 % pour l'activité professionnelle à 80 % [80 % x 56 %], et 1.8 % pour l'activité ménagère à 20 % [20 % x 9 %]; projet de décision du 6 janvier 2010), lui ouvrant le droit à un quart de rente. L'assurée s'est opposée à ce projet, estimant qu'elle devait être considérée comme une personne active et que, dans l'hypothèse où un statut mixte lui serait reconnu, l'empêchement dans la sphère ménagère devrait être supérieur à 9 % (courrier à l'administration du 8 février 2010). Le 10 février 2010, l'OAI a rendu une décision confirmant son projet de décision du 6 janvier 2010. B. F._ a déféré cette décision devant le Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève, concluant à son annulation et à l'octroi d'une demi-rente d'invalidité dès le 1er juin 2001. Après avoir entendu l'assurée, son mari, des proches du couple, les médecins traitants de l'intéressée, ainsi que le responsable du rapport d'enquête économique sur le ménage, le Tribunal cantonal des assurances sociales a, par jugement du 30 novembre 2010, (1) admis le recours et annulé la décision du 10 février 2010, (2) alloué à F._ une demi-rente d'invalidité dès le 1er juin 2001 ainsi que trois quarts de rente d'invalidité à compter du 1er août 2008 et (3) renvoyé la cause à l'OAI pour calcul des prestations et nouvelle décision. C. L'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève 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 10 février 2010 et subsidiairement à ce que la cause lui soit renvoyée pour instruction complémentaire et nouvelle décision. L'intimée conclut au rejet du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se prononcer. 