Sachverhalt: A. Das Eidgenössische Untersuchungsrichteramt führte eine Voruntersuchung gegen mehrere Mitglieder des Vereins A._ durch. X._ war in diesem Verfahren nicht Beschuldigter, sondern Auskunftsperson. Im Rahmen der Beweiserhebungen wurde B._, die früher für den Verein A._ als Prostituierte gearbeitet hatte, als Auskunftsperson und Zeugin befragt. Im Rahmen ihrer Einvernahmen beschuldigte sie X._ der Vergewaltigung. Das Eidgenössische Untersuchungsrichteramt übermittelte die Strafanzeige am 15. Oktober 2007 der Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau (kantonale Akten, act. 37 ff.). Gemäss Anklage der Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau vom 7. Dezember 2010 arbeitete B._ für X._ im Herbst/Winter 2002 während ca. vier bis sechs Wochen im Bordell "C._" in D._ als Prostituierte. Nachdem sie es eines Abends abgelehnt hatte, mit ihm intim zu werden, soll er sie mit der Hand und seinem Körpergewicht gewaltsam auf das Bett gedrückt und von hinten an ihr den Geschlechtsverkehr bis zum Samenerguss vollzogen haben. B._ habe die ganze Zeit geweint. X._ wird weiter vorgeworfen, B._ in ihrer Tätigkeit als Prostituierte im Bordell "C._" überwacht und Ort, Zeit und Ausmass der Prostitution bestimmt zu haben. Sie habe nicht frei wählen können, wann, wie oft und für welchen Preis sie sexuelle Dienstleistungen anbieten wollte. Die Einnahmen habe sie umgehend abgeben müssen. Schliesslich soll X._ im Bordell Betäubungsmittel verkauft bzw. abgegeben haben. B. Das Bezirksgericht Lenzburg stellte das Verfahren mit Urteil vom 28. Juli 2011 in Bezug auf den Vorwurf der Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz infolge Verjährung ein. Es sprach X._ der Vergewaltigung (Art. 190 Abs. 1 StGB) und der Förderung der Prostitution (Art. 195 Abs. 3 StGB) schuldig und verurteilte ihn zu einer unbedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von 3 Jahren. Auf Berufung von X._ hin bestätigte das Obergericht des Kantons Aargau am 28. Juni 2012 das bezirksgerichtliche Urteil. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, er sei von Schuld und Strafe freizusprechen. Eventualiter sei das Urteil des Obergerichts des Kantons Aargau aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Für den Fall des Obsiegens sei ihm eine Genugtuung zuzusprechen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.