Sachverhalt: A. Mit Anklageschrift vom 30. Juni 2008 an die Anklagekammer des Obergerichts des Kantons Zürich warf die Staatsanwaltschaft IV des Kantons Zürich X._ unter anderem vor, am 19. April 2007 versucht zu haben, seine frühere Freundin A._ zu vergewaltigen und zu töten. Ferner soll er diese am 26. Februar 2006 geschlagen, in der Wohnung festgehalten, mit einer Waffe bedroht und von ihr die schriftliche Anerkennung von Schulden erzwungen haben. B. Die Anklagekammer des Obergerichts liess am 5. September 2008 die Anklage zu und überwies X._ dem Obergericht des Kantons Zürich zur Beurteilung. Mit Beschluss vom 28. Oktober 2008 verneinte die I. Strafkammer des Obergerichts mangels Anerkennung des eingeklagten Sachverhalts durch X._ die sachliche Zuständigkeit des Obergerichts und überwies die Sache zuständigkeitshalber dem Geschworenengericht zur Beurteilung. Die von X._ dagegen erhobene kantonale Nichtigkeitsbeschwerde hiess das Kassationsgericht des Kantons Zürich am 20. Mai 2009 gut. Die Akten gingen deshalb zu neuer Entscheidung an das Obergericht zurück. Die I. Strafkammer des Obergerichts des Kantons Zürich sprach X._ mit Urteil vom 14. Dezember 2009 schuldig des versuchten Mords, der versuchten Vergewaltigung, der mehrfachen Gefährdung des Lebens, der Freiheitsberaubung, der mehrfachen Drohung und der mehrfachen Widerhandlung gegen das Waffengesetz. Sie bestrafte ihn mit 18 1⁄2 Jahren Freiheitsstrafe, unter Anrechnung der Untersuchungs- und Sicherheitshaft, und ordnete eine vollzugsbegleitende ambulante Massnahme an. Gegen diesen Entscheid erhob X._ durch seinen neuen Verteidiger kantonale Nichtigkeitsbeschwerde, welche das Kassationsgericht mit Beschluss vom 3. August 2011 abwies. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, das Urteil der I. Strafkammer des Obergerichts vom 14. Dezember 2009 und der Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts vom 3. August 2011 seien aufzuheben, und die Sache sei an die Vorinstanzen im Sinne der Erwägungen zurückzuweisen.