Citation: 4A_46/2013 E. A

A.a. A.X.________ est propriétaire de deux parcelles contiguës sises dans une commune genevoise. Une des parcelles voisines appartient à son frère B.X.________. Un plan localisé de quartier adopté en 1991 prévoit la construction d'une série d'immeubles sur diverses parcelles, dont celles des deux prénommés. En avril 2009, la société de promotion immobilière Z.________ Sàrl (ci-après: la promotrice) est intervenue dans un projet en cours qui visait à valoriser les biens-fonds des deux frères, projet auquel participait notamment le bureau d'architectes R.________. Les 6 mai et 22 juin 2009, la promotrice a fait une offre proposant en substance la construction d'un immeuble de huit appartements pour les deux frères et le paiement de 3,6 millions de francs. A la même époque, l'Office cantonal du logement a estimé la valeur totale des trois parcelles (faisant respectivement 744 m2, 752 m2 et 992 m2) à 4'310'000 fr. Par courrier du 24 juin 2009, les deux frères ont donné à la promotrice le mandat de déposer une demande de permis de construire sur leurs biens-fonds. Le 26 juin 2009, les mêmes parties ont signé un accord intitulé "convention de partenariat", en vertu duquel les deux propriétaires mettent leurs parcelles à disposition de la promotrice pour la construction d'immeubles conformément au plan de quartier; en contrepartie, la promotrice s'engage à leur livrer un immeuble de 8 appartements d'une surface minimale de 120 m2 et un attique, à leur verser 3,6 millions de francs et à leur vendre trois autres attiques au prix de revient. Le 27 juin 2009 a encore été signée une lettre d'engagement contenant notamment les clauses suivantes: (...)