Sachverhalt: A. X._ reiste am 19. September 2010 von Sao Paulo über Amsterdam herkommend am Flughafen Zürich in die Schweiz ein. Dabei führte er in seinem Reisegepäck in acht Kerzen versteckt insgesamt 2'992 Gramm Kokaingemisch (Reinheitsgrad 90 % bzw. 86 %; Reinsubstanz total 2'691 Gramm) mit sich. Er wusste bereits vor seinem Abflug in Sao Paulo, dass in den Kerzen Kokain versteckt war. Die genaue Menge war ihm nicht bekannt, interessierte ihn aber auch nicht weiter. B. Das Bezirksgericht Bülach verurteilte X._ am 15. März 2011 wegen qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz (Art. 19 Ziff. 1 Abs. 3 i.V.m. Art. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG) zu einer Freiheitsstrafe von 42 Monaten. X._ reichte gegen dieses Urteil im Strafpunkt Berufung ein. Das Obergericht des Kantons Zürich bestätigte am 23. Juni 2011 die vom Bezirksgericht ausgesprochene Strafe und auferlegte X._ die zweitinstanzlichen Gerichtskosten. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, die Freiheitsstrafe um mindestens sechs Monate zu reduzieren sowie teilbedingt auszusprechen und die zweitinstanzlichen Verfahrenskosten entsprechend dem Ausgang des Beschwerdeverfahrens neu zu verlegen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.