Sachverhalt: A. Im Herbst 1994 veranstaltete die X._ (Beschwerdegegnerin) einen Architekturwettbewerb für den Neubau einer Kirche. Im Frühling 1995 empfahl die Wettbewerbsjury das Projekt des Architekten A._ (Beschwerdeführer) einstimmig zur Weiterbearbeitung und Ausführung. Dieses sah einen zentralen - aus drei Teilkörpern bestehenden - Sakralbau, einen allein stehenden Glockenturm sowie einen Verbindungstrakt vor. Am 2. September 1995 schlossen die Parteien einen Architekturvertrag ab, mit dem der Beschwerdeführer von der Beschwerdegegnerin den Auftrag für das Vorprojekt sowie die Projekt-, Ausführungs- und Abschlussphase erhielt. Die im Mai 1996 begonnenen Bauarbeiten mussten im November 1996 eingestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich die Sakralräume im Rohbau. Nach dem Baustopp arbeitete der Beschwerdeführer zahlreiche Varianten für die noch fehlenden Teile der Kirche aus. Aufgrund seiner Detailpläne für den Ausbau der Sakralräume, die Erstellung des Verbindungstrakts und die Erstellung des Glockenturms kam am 21. August 1998 ein den ursprünglichen Vertrag abändernder bzw. ergänzender Architekturvertrag zwischen ihm und der Beschwerdegegnerin zustande. Die Detailpläne des Beschwerdeführers kamen indessen nicht bzw. nur noch teilweise oder in abgeänderter Form zum Tragen, da die Beschwerdegegnerin im Sommer 1999 den Architektenauftrag widerrief. Unter Ausschluss des Beschwerdeführers und unter Leitung eines neu beigezogenen Architekten liess die Beschwerdegegnerin im Winter 2001/Frühjahr 2002 in einer zweiten Bauetappe die Sakralräume ausbauen und den Verbindungstrakt zum vorbestehenden Pfarrhaus errichten. In der lokalen Fachwelt war von Verwässerung wesentlicher Werkmerkmale, von mangelndem Kulturverständnis, Degradierung zur Kulisse, einem dilettantischen Flickwerk und grober Sünde an einem grossartigen Architekturwerk die Rede. Die dritte Bauetappe, in welcher der Glockenturm erstellt werden sollte, ist bis heute nicht in Angriff genommen worden. B. Der Beschwerdeführer erhob beim Kantonsgericht von Graubünden Klage und beantragte im Wesentlichen, es sei festzustellen, dass die Beschwerdegegnerin bei der Bauausführung des Verbindungstrakts sein Urheberrecht dadurch verletzt habe, dass sie entscheidend und in wesentlichen Teilen vom Gesamtkonzept und der Projektidee des Beschwerdeführers abgewichen sei. Die Beschwerdegegnerin sei zudem zu verpflichten, den Verbindungstrakt abzubrechen und entsprechend der Projektidee und gemäss den Plänen des Beschwerdeführers zu erstellen. Eventualiter sei die Beschwerdegegnerin zu verpflichten, dem Beschwerdeführer eine Genugtuung von Fr. 250'000.-- zu bezahlen. Der Beschwerdegegnerin sei überdies zu untersagen, den Glockenturm in Abweichung vom Projekt und den Plänen des Beschwerdeführers zu erstellen. Das Urteil des Kantonsgerichts sei sodann in verschiedenen Tageszeitungen sowie Fachzeitschriften zu veröffentlichen. Mit Urteil vom 3./4. September 2007 hiess das Kantonsgericht die Klage teilweise gut und stellte fest, dass die Beschwerdegegnerin bei der Bauausführung des Verbindungstrakts das Urheberrecht des Beschwerdeführers verletzt hat, indem sein Werk durch einen intransparenten, spiegelnden, lichtundurchlässig überdachten und den Sakralbaukörper verdeckenden und konkurrenzierenden Baukörper entstellt wird (Dispositiv-Ziffer 1). Das Kantonsgericht ordnete die Publikation des Rubrums sowie des Dispositivs des Urteils nach Eintritt der Rechtskraft an (Dispositiv-Ziffer 2). Im Übrigen wies es die Klage ab (Dispositiv-Ziffer 3) und verlegte die Kosten (Dispositiv-Ziffern 4 und 5). Dispositiv-Ziffer 6 enthält die Rechtsmittelbelehrung. C. Mit Beschwerde in Zivilsachen beantragt der Beschwerdeführer, die Ziffern 2, 3, 4, 5 und 6 des Dispositivs des Urteils des Kantonsgerichts von Graubünden vom 3./4. September 2007 seien aufzuheben. Die Beschwerdegegnerin sei zu verpflichten, den Verbindungstrakt der Kirche auf eigene Kosten zurückzubauen; eventualiter sei sie zu verpflichten, dem Beschwerdeführer eine Genugtuungssumme von Fr. 250'000.-- oder nach richterlichem Ermessen zu bezahlen. Sodann sei das Rubrum und das Dispositiv des Urteils des Bundesgerichts nach Eintritt der Rechtskraft zu publizieren. D. Die Beschwerdegegnerin und die Vorinstanz beantragen, die Beschwerde sei abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden könne. Die Vorinstanz hat auf weitere Ausführungen verzichtet und verweist auf die Erwägungen im angefochtenen Entscheid.