Sachverhalt: A. X._ schloss sich am 14. Dezember 1998 mit A._ zusammen, um im Rahmen einer Vermögensverwaltung Gelder von Kunden entgegenzunehmen und gewinnbringend anzulegen. Sie tätigten ihre Geschäfte zunächst als einfache Gesellschafter der B.A._, ab Gründung der B.B._ AG am 5. Juli 2000 als Geschäftsführer der Gesellschaft. Sie traten als gleichberechtigte Geschäftspartner auf, wobei X._ als "Trader" und A._ als administrativer Leiter wirkten. In der Zeit zwischen dem 24. März 1999 und dem 31. Oktober 2001 flossen der B.A._ bzw. der B.B._ AG insgesamt Fr. 21'939'084.17 zu. Seit Beginn wurden Verluste erzielt, die den Kunden verheimlicht wurden. Die den Kunden zugestellten Kontoauszüge und die Performance-Listen, die bei der Akquisition verwendet wurden, wiesen fiktive Gewinnzahlen aus bzw. verschwiegen die Verluste. X._ bezog im Zeitraum vom 24. März 1999 bis zum 31. Oktober 2001 für sich persönlich insgesamt Fr. 1'235'268.25. Ungefähr Ende Oktober 2000 schied A._ aus der Gesellschaft aus, worauf X._ alleine weitermachte. Bis zum 31. Oktober 2001 resultierte ein Verlust von Kundengeldern von insgesamt Fr. 9'365'904.07. Am 18. Dezember 2001 wurde auf Initiative der Revisionsstelle der Konkurs eröffnet. B. Das Obergericht des Kantons Luzern sprach X._ am 20. April 2011 in Bestätigung des Urteils des Kriminalgerichts des Kantons Luzern vom 29. April 2010 des gewerbsmässigen Betrugs schuldig. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der erstandenen Untersuchungshaft von 13 Tagen zu einer Freiheitsstrafe von drei Jahren, fünf Monaten und 15 Tagen, als Zusatzstrafe zum Urteil des Einzelrichteramts Zug vom 15. September 2005. C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts sei aufzuheben, und er sei wegen gewerbsmässigen Betrugs zu einer bedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von zwei Jahren zu verurteilen. Eventualiter sei die Sache zur neuen Beurteilung an das Obergericht zurückzuweisen. Es seien ihm die unentgeltliche Prozessführung zu gewähren und Rechtsanwalt Dr. Stefan Suter als unentgeltlicher Rechtsvertreter beizuordnen. Der Beschwerde sei ausserdem die aufschiebende Wirkung zu erteilen.