Sachverhalt: A. A._ (Beschwerdeführer) hat seit dem 1. Januar 2004 von der Y._ AG (Beschwerdegegnerin) eine Werkstatt an der Z._strasse in Q._ gemietet, in der er unter der Einzelfirma X._ eine Schreinerei betreibt. Mit Schreiben vom 8. Dezember 2008 kündigte die Beschwerdegegnerin, vertreten durch die W._ Kollektivgesellschaft, den Mietvertrag auf den 30. Juni 2009. Der Beschwerdeführer focht die Kündigung bei der Staatlichen Schlichtungsstelle für Mietstreitigkeiten an. Er beantragte die Aufhebung der Kündigung und eventualiter eine Erstreckung um die maximale Dauer von sechs Jahren. Die Schlichtungsstelle erstreckte das Mietverhältnis einmalig und definitiv bis zum 31. März 2010 und wies das weitere Begehren ab. B. Mit Klage vom 28. Oktober 2009 rief der Beschwerdeführer das Zivilgericht Basel-Stadt an und erneuerte seine vor der Schlichtungsstelle erhobenen Anträge. An der mündlichen Verhandlung vom 2. Juni 2010 erklärte sich die Beschwerdegegnerin mit einer Erstreckung bis am 30. Juni 2010 einverstanden und beantragte im Übrigen die Abweisung der Klage. Mit Urteil vom 9. Juni 2010 wies die Zivilgerichtspräsidentin die Klage ab und stellte fest, dass die Kündigung vom 8. Dezember 2008 per 30. Juni 2009 gültig ist. Ferner behaftete sie die Beschwerdegegnerin bei ihrer Bereitschaft, das Mietverhältnis bis 30. Juni 2010 zu erstrecken. Dementsprechend erstreckte sie das Mietverhältnis unter Ausschluss einer weiteren Erstreckung einmalig bis 30. Juni 2010. Dagegen erhob der Beschwerdeführer Beschwerde an das Appellationsgericht des Kantons Basel-Stadt mit dem Antrag, das angefochtene Urteil und die Kündigung aufzuheben. Eventualiter ersuchte er um Erstreckung für die maximale Dauer von sechs Jahren. Mit Urteil vom 23. Dezember 2010 wies das Appellationsgericht die Beschwerde ab. C. Der Beschwerdeführer beantragt mit Beschwerde in Zivilsachen, das Urteil des Appellationsgerichts vom 23. Dezember 2010 aufzuheben. Es sei die Kündigung vom 8. Dezember 2008, welche auf den 30. September 2009 ausgesprochen worden ist, aufzuheben. Eventualiter sei das Mietverhältnis erstmalig für die Dauer von 3 Jahren zu erstrecken. Subeventualiter sei der Fall an die Vorinstanz zur Neubeurteilung zurückzuweisen. Die Beschwerdegegnerin und die Vorinstanz beantragen, auf die Beschwerde nicht einzutreten. Eventualiter sei sie abzuweisen. D. Mit Präsidialverfügung vom 9. März 2011 wurde das Gesuch um aufschiebende Wirkung der Beschwerde abgewiesen.