Sachverhalt: A. Die Anklageschrift der Bezirksanwaltschaft I des Kantons Zürich vom 26. November 2001 warf X._ im Wesentlichen vor, er habe sich der Rassendiskriminierung schuldig gemacht, indem er als Assistenzprofessor an der ETH Zürich auf seiner Homepage verschiedene Links gesetzt habe, über welche man auf andere Homepages mit rassendiskriminierendem, namentlich neonazistischem Inhalt habe gelangen können. Das Bezirksgericht Zürich sprach X._ am 10. September 2002 frei. Dagegen erhob die Staatsanwaltschaft des Kantons Zürich Berufung. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ mit Urteil vom 30. September 2003 ebenfalls frei. Dieser Freispruch ist in Rechtskraft erwachsen. B. Nach Auslaufen seiner Assistenzprofessur am 30. September 2002 konnte X._ seine wissenschaftliche Laufbahn nicht fortführen und fand im Forschungsbereich bis heute keine weitere Anstellung mehr. Das Obergericht des Kantons Zürich wies das Begehren einer persönlichen Entschädigung von X._ am 14. Oktober 2004 ab. Das dagegen angerufene Kassationsgericht des Kantons Zürich hob am 21. November 2005 diesen Entscheid auf und wies die Sache an das Obergericht zurück. Dieses sprach X._ am 25. Oktober 2007 unter anderem eine persönliche Entschädigung von Fr. 129'610.10 zuzüglich Zins zu 5 % seit dem 1. Juli 2003 zu. Dagegen gelangten die Staatsanwaltschaft des Kantons Zürich und X._ wiederum an das Kassationsgericht. Dieses hiess die Nichtigkeitsbeschwerde der Staatsanwaltschaft am 5. August 2008 gut. Die von X._ erhobene Nichtigkeitsbeschwerde schrieb es als gegenstandslos ab. X._ focht den Zwischenentscheid des Kassationsgerichts mit Beschwerde in Strafsachen beim Bundesgericht an. Dieses trat am 19. Februar 2009 (Verfahren 1B_43/2009) auf die Beschwerde nicht ein. Das Obergericht des Kantons Zürich fällte am 17. September 2010 über die Kosten und Entschädigungen einen neuen Entscheid. Es wies die Forderung von X._ auf Ausrichtung einer persönlichen Entschädigung ab, worauf dieser an das Kassationsgericht und am 25. Oktober 2010 mit Beschwerde in Strafsachen an das Bundesgericht gelangte. Am 10. November 2010 teilte das Bundesgericht dem Kassationsgericht mit, dass es das vorliegende Verfahren (6B_897/2010) bis zur Erledigung des kassationsgerichtlichen Verfahrens aussetze. Das Kassationsgericht wies die Nichtigkeitsbeschwerde von X._ am 11. November 2011 ab. C. X._ erhebt am 15. Dezember 2011 erneut Beschwerde in Strafsachen beim Bundesgericht. Er beantragt, den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts des Kantons Zürich vom 5. August 2008, den Beschluss des Obergerichts des Kantons Zürich vom 17. September 2010 und den Zirkulationsbeschluss des Kassationsgerichts des Kantons Zürich vom 11. November 2011 aufzuheben. Der Kanton Zürich habe ihm eine Genugtuung von Fr. 60'000.--, zuzüglich Zins von 5 % seit dem 1. März 2000, und eine Entschädigung nach richterlichem Ermessen, mindestens aber 1,5 Mio. Franken, zu entrichten. Die Sache sei zur definitiven Festsetzung von Genugtuung und Schadenersatz an das Obergericht des Kantons Zürich zurückzuweisen. Sämtliche vorinstanzlichen Kosten seien dem Staat aufzuerlegen, und er sei für die Bemühungen seiner Rechtsvertreter vollumfänglich zu entschädigen.