Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ im Berufungsverfahren am 7. November 2006 der Vergewaltigung und der Tätlichkeiten schuldig. Vom Vorwurf des Hausfriedensbruchs sprach es ihn frei. Es verurteilte ihn zu drei Jahren Zuchthaus, unter Anrechnung der erstandenen Untersuchungshaft, und verpflichtete ihn, A._ eine Genugtuung in Höhe von Fr. 10'000.-- nebst Zinsen zu bezahlen. Das Obergericht hielt es für erwiesen, dass X._ am 12. Juni 2005 die Wohnung von A._ aufsuchte, von der er getrennt lebte und mit der er zwei Kinder hat. Zunächst schlug er mit einem Gürtel mehrmals auf sie ein. Als sie nach dem ersten Schlag erwachte, versuchte sie zu fliehen. X._ zerrte sie auf das Bett zurück, wo er sie wieder schlug. Trotz Gegenwehr zog er ihr die Hosen herunter und entblösste seinen Penis. Er drückte ihre Schenkel auseinander und hielt ihre Handgelenke fest. Obwohl sie sich wehrte und auch verbal zu verstehen gab, dass sie keinen Geschlechtsverkehr wollte, vollzog er diesen an ihr drei Mal. Das Bundesgericht wies die von X._ gegen dieses Urteil erhobene staatsrechtliche Beschwerde am 24. Mai 2007 ab, soweit es darauf eintrat (Verfahren 1P.101/2007). B. X._ reichte gegen das obergerichtliche Urteil am 2. Oktober 2007 ein Wiederaufnahmegesuch ein. Er habe Gespräche aufgezeichnet, in denen A._ ausführe, es habe sich nicht um eine Vergewaltigung, sondern um einvernehmlichen Geschlechtsverkehr gehandelt. Die gegen die Abweisung seines Antrags auf Zeugeneinvernahme von B._ erhobene Nichtigkeitsbeschwerde hiess das Kassationsgericht des Kantons Zürich gut. Es erwog, die Aussagen von A._ begründeten für sich alleine keine Revision. Die obergerichtliche Schlussfolgerung, sie habe ihre Sachverhaltsdarstellung nicht widerrufen, sondern im Gegenteil daran festgehalten, sei nicht willkürlich. Die Abweisung des Antrags, B._ als Zeugen einzuvernehmen, komme aber einer formellen Gehörsverweigerung gleich. Nach erfolgter Zeugeneinvernahme von B._ wies das Obergericht des Kantons Zürich das Revisionsbegehren mit Beschluss vom 7. November 2011 ab. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, der Beschluss des Obergerichts des Kantons Zürich vom 7. November 2011 sei aufzuheben, sein Revisionsgesuch vom 2. Oktober 2007 sei gutzuheissen und die Sache sei zur Neubeurteilung an das Bezirksgericht Zürich, eventualiter an die Vorinstanz zurückzuweisen, alles unter Kosten- und Entschädigungsfolgen. Als vorsorgliche Massnahme beantragt er, der Strafvollzug sei bis zur Erledigung des Beschwerdeverfahrens aufzuschieben und die Behörden seien entsprechend anzuweisen. Zudem ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung. 