Sachverhalt: A. X._ legte am 6. April 2008 in der Wohnung seiner früheren Freundin Y._ Feuer, indem er Brandbeschleuniger vor sowie unter die Wohnungstüre schüttete und anzündete. Zudem wird ihm vorgeworfen, Y._ über einen Zeitraum von rund 15 Monaten zu jeder Tages- und Nachtzeit telefonisch kontaktiert (mehr als 1'500 Anrufe und 200 SMS) und sie teilweise bedroht und beschimpft zu haben. B. Das Amtsgericht Olten-Gösgen sprach X._ mit Entscheid vom 24. Februar 2010 der qualifizierten Brandstiftung, des mehrfachen Missbrauchs einer Fernmeldeanlage, der Beschimpfung, der mehrfachen Drohung, des Fahrens in fahrunfähigem Zustand sowie der mehrfachen Übertretung des Betäubungsmittelgesetzes schuldig. Es verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von 3 1⁄2 Jahren und auferlegte ihm eine Busse in der Höhe von Fr. 2'000.--. Zudem ordnete es eine vollzugsbegleitende ambulante Massnahme an. Vom Vorwurf der üblen Nachrede, der Sachbeschädigung und der Nötigung sprach es ihn frei. In Abweisung der Berufung von X._ bestätigte das Obergericht des Kantons Solothurn am 8. Dezember 2011 das Urteil des Amtsgerichts Olten-Gösgen. Zugleich stellte es fest, dass die erstinstanzlichen Freisprüche in Rechtskraft erwachsen waren. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts sei aufzuheben, und die Sache sei zur Neubeurteilung an das Obergericht zurückzuweisen. Zudem ersucht er mit Eingabe vom 21. März 2012 um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung. 