Sachverhalt: A. Die Staatsanwaltschaft des Kantons St. Gallen legt X._ in der Anklageschrift vom 10. Juni 2008 zur Last, er habe am 2. Juni 2004 und am 12. September 2006 zusammen mit einem weiteren Täter die Poststellen Jona-Kempraten bzw. Kappel am Albis überfallen. Aufgrund mehrerer Indizien ermittelte die Polizei X._ als Tatverdächtigen. Dieser bestreitet eine Beteiligung an den Überfällen. B. Das Kantonsgericht St. Gallen verurteilte X._ am 16. Juni 2009 zweitinstanzlich wegen mehrfachen Raubes und mehrfachen Hausfriedensbruchs zu einer Freiheitsstrafe von vier Jahren. Die dagegen erhobene Beschwerde hiess das Bundesgericht am 6. Januar 2010 gut und wies die Sache zur Durchführung von Konfrontationseinvernahmen mit diversen Zeugen an die Vorinstanz zurück (Urteil 6B_781/2009 vom 6. Januar 2010). Am 16. März 2011 bestätigte das Kantonsgericht die Schuldsprüche vom 16. Juni 2009 und bestrafte X._ mit einer Freiheitsstrafe von dreidreiviertel Jahren. Es rechnete die Auslieferungs- bzw. Untersuchungshaft mit 900 Tagen und die Ersatzmassnahmen mit 86 Tagen an die Freiheitsstrafe an. C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen und subsidiäre Verfassungsbeschwerde. Er beantragt, das Urteil vom 16. März 2011 sei aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an das Kantonsgericht zurückzuweisen, unter Kosten- und Entschädigungsfolgen zulasten der Staatskasse. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.