Sachverhalt: A. Der 1979 geborene russische Staatsangehörige B._ war vom 17. Oktober 2005 bis 28. Februar 2010 als wissenschaftlicher Assistent und Doktorand an der Hochschule M._ tätig. Er besass eine bis 30. Oktober 2010 gültig gewesene Aufenthaltsbewilligung (Ausländerausweis B) mit dem Aufenthaltszweck "Doktorand". Am 3. März 2010 meldete er sich nach Ablauf des befristeten Arbeitsverhältnisses zur Arbeitsvermittlung und zum Leistungsbezug bei der Arbeitslosenversicherung an. Das Amt für Wirtschaft und Arbeit des Kantons Zürich (AWA), Abteilung Arbeitslosenversicherung, verneinte mit Verfügung vom 10. Mai 2010 den Anspruch auf Arbeitslosenentschädigung mit der Begründung, der Versicherte sei nicht vermittlungsfähig, da der Aufenthalt in der Schweiz mit Abschluss der Doktorarbeit beendet sei und ihm keine Arbeitsbewilligung mehr erteilt werden könnte. Dies bestätigte das AWA mit Einspracheentscheid vom 17. September 2010 und hielt ergänzend fest, mit der Einschränkung des Aufenthaltszwecks (Doktorand) sei B._ nicht berechtigt, im Allgemeinen zumutbare Arbeit anzunehmen. Die Vermittlungsfähigkeit könne nur bejaht werden, wenn beim Finden einer Arbeit mit einer Arbeitsbewilligung gerechnet werden könne. Als russischer Staatsangehöriger werde ihm eine Arbeitsbewilligung nur erteilt, wenn kein Staatsangehöriger aus der Schweiz oder einer der Mitgliedstaaten der EU und EFTA für diese Stelle rekrutiert werden könne (Vorrang der Inländer), weshalb er nicht mit einer Arbeitsbewilligung habe rechnen können, was zur Vermittlungsunfähigkeit führe. B. Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 29. April 2011 ab. C. B._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegen führen und beantragen, in Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids sei sein Anspruch auf Arbeitslosenentschädigung zu bejahen. Das AWA und das Staatssekretariat für Wirtschaft verzichten auf eine Vernehmlassung.