Faits: A. Le 19 avril 1985, le Grand Conseil genevois a adopté une loi modifiant le régime des zones de construction sur le territoire de la commune de Lancy et déclarant d'utilité publique l'extension de divers équipements communaux. Il a aussi approuvé le plan n° 27'534-543 des zones de construction. L'acquisition des droits nécessaires aux réalisations d'utilité publique pouvait être poursuivie par la voie d'expropriation. La modification effective des zones de construction s'opérerait par arrêté du Conseil d'Etat publié dans la Feuille d'avis officielle. B. Le 10 juillet 1985, Mme A.A._ et M. B.A._ (ci-après : les époux A._) ont acquis pour 525'000 fr. la parcelle n° 1'141 de la commune de Lancy, d'une surface totale de 616 m2, située en zone 5 de développement 3. Sur la parcelle étaient construits une villa de 49 m2 de surface au sol et de 523 m3, érigée dans la première partie du 20ème siècle, disposant de deux niveaux hors sol, de combles aménagés en chambre ainsi que d'un sous-sol comprenant un bureau, un garage de 22 m2 et de 73 m3 ainsi qu'un dépôt de 24 m2 et de 79 m3. Le 7 octobre 2010, Me C._, notaire, a instrumenté un acte portant promesse de vente de la parcelle et des bâtiments précités aux époux B._ pour un prix de 1'350'000 fr. Le 5 novembre 2010, le département cantonal des constructions et des technologies de l'information, devenu depuis le département de l'urbanisme (ci-après : le département), a informé les parties à la promesse de vente que le Conseil d'Etat étudiait la possibilité de se porter acquéreur de la parcelle n° 1'141 et leur demandait de se déterminer sur le prix de 1'350'000 fr. qui paraissait élevé. Les époux B._ ont confirmé qu'ils projetaient d'acquérir la propriété des époux A._ aux fins d'y résider à titre personnel. Le 12 novembre 2010, l'office cantonal du logement (ci-après : l'OLO) a estimé le bien immobilier à une valeur de 1'040'000 fr. Le 15 novembre 2010, les époux A._ ont transmis au Conseil d'Etat trois estimations de deux agences immobilières d'une part, et de l'Union des banques suisses (ci-après : UBS), d'autre part, selon lesquelles leur bien valait de 1'350'000 fr. à 1'400'000 fr. C. Le 7 décembre 2010, le Conseil d'Etat a décidé d'exercer son droit de préemption et de se porter acquéreur de ladite parcelle. Aucun recours n'a été formé contre cette décision. Par arrêté du 6 avril 2011, le Conseil d'Etat a décrété l'expropriation de la parcelle des époux A._ au profit de l'Etat de Genève. Le 12 avril 2011, le département a saisi la commission cantonale de conciliation et d'estimation en matière d'expropriation (ci-après: la commission), afin que celle-ci fixe de manière définitive le prix d'acquisition de la parcelle préemptée. Après avoir procédé à un transport sur place, la commission a décidé, le 26 septembre 2011, de fixer l'indemnité d'expropriation due par l'Etat de Genève aux époux A._ à 1'255'000 fr. avec intérêts de 5 % dès le 7 décembre 2010. Le Conseil d'Etat a porté sa cause devant la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève (ci-après : la Cour de justice) qui, après avoir procédé à un transport sur place en présence des parties, a rejeté le recours du Conseil d'Etat par arrêt du 11 décembre 2012. La cour cantonale a retenu, en substance, que les prix au m2 pour le terrain et au m3 pour la villa retenus par la commission n'étaient pas arbitraires. D. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, le Conseil d'Etat demande au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du 11 décembre 2012 et de renvoyer la cause à la Cour de justice pour reprise de l'instruction et nouvelle décision dans le sens des considérants. Le recourant se plaint pour l'essentiel d'un établissement incorrect des faits et d'une violation arbitraire du droit cantonal de l'expropriation. 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. Les intimés concluent au rejet du recours. Le recourant et les intimés ont répliqué, respectivement dupliqué; ils persistent dans leurs motifs et conclusions. Par ordonnance du 28 février 2013, le Juge présidant de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif contenue dans le recours. 