Sachverhalt: A. Die X._ Consulting AG (Beschwerdeführerin) bzw. deren Rechtsvorgängerin betreibt ein Bauingenieurbüro und war Mitglied eines Planungsteams der Architekten A._ und B._, das sich auf Einladung der Z._ Immobilien an einem Studienauftrag zur Entwicklung des Güterareals der Z._ in Luzern beteiligte. Das Planungsteam erhielt den Zuschlag. Die Z._ verkauften vor Realisierung des Projekts die Grundstücke an die Y._ AG Bauunternehmung (Beschwerdegegnerin) sowie an die Q._ Funds. Im entsprechenden Kaufvertrag vom 27. August 2007 (Ziffer 4.8) vereinbarten die Z._ und die Beschwerdegegnerin, dass ergänzend zum Vertrag die Bestimmungen der Investorenausschreibung vom 27. November 2006 (insbesondere auch Ziffer 3.3, Generalplaner) unter Einschluss der entsprechenden Beilagen zur Anwendung gelangen. Zudem wurde darauf hingewiesen, dass die Investorenausschreibung den Parteien in allen Teilen bekannt ist. Gestützt auf Ziffer 3.3 der Investorenausschreibung vom 27. November 2006 verpflichtete sich die zukünftige Eigentümerin bzw. Käuferin, das im Rahmen des Studienauftrags evaluierte GP-Team A._ und B._, dipl. Architekten ETH/SIA, mit der Realisierung des vorliegenden Projekts zu beauftragen. Die Einhaltung dieser Pflicht wurde mit einer Konventionalstrafe von 1 Million Franken gesichert. Die Honorierung der Planerleistungen sollte mit dem Generalplaner ausgehandelt werden. Die Beschwerdegegnerin führte im Anschluss daran Vertragsverhandlungen mit dem Planungsteam. In der Folge beschlossen die Beschwerdegegnerin und die Vertreter des Planungsteams, nicht mit dem Planungsteam als Ganzes einen Generalplanervertrag abzuschliessen, sondern dass die Beschwerdegegnerin mit jedem Mitglied des Planungsteams über einen separaten Fachplanervertrag verhandeln werde. Dies soll von den Mitgliedern des Planungsteams akzeptiert worden sein. Es kam zu keinem Vertragsabschluss mit der Beschwerdeführerin. B. Mit Klage vom 13. März 2009 beantragte die Beschwerdeführerin dem Bezirksgericht Hochdorf, die Beschwerdegegnerin sei zu verpflichten, ihr Fr. 200'000.-- nebst Zins zu 5 % seit dem 20. November 2007 zu bezahlen, unter Vorbehalt des Nachklagerechts. Die Beschwerdegegnerin trug auf Abweisung der Klage an. Mit Urteil vom 22. Juni 2011 wies das Bezirksgericht die Klage ab. Gegen dieses Urteil erhob die Beschwerdeführerin Berufung an das Obergericht des Kantons Luzern, das am 20. Februar 2012 die Klage ebenfalls abwies. C. Die Beschwerdeführerin beantragt mit Beschwerde in Zivilsachen, das Urteil des Obergerichts vom 20. Februar 2012 aufzuheben und die Klage gutzuheissen. Eventualiter sei die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen. Die Beschwerdegegnerin und die Vorinstanz beantragen, die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten sei. Mit Präsidialverfügung vom 21. Mai 2012 wurde der Beschwerde die aufschiebende Wirkung erteilt.