Sachverhalt: A. A.a Die vbl transport ag beantragte am 9. September 2010 die Erteilung einer Personenbeförderungskonzession zur regelmässigen und gewerbsmässigen Personenbeförderung mit einem Nachtschnellbus zwischen Luzern und Altdorf. Der Antrag sah je eine Verbindung in der Nacht von Freitag und Samstag mit Abfahrt in Luzern um 01.15 Uhr und Ankunft in Altdorf um 01.45 Uhr vor, worauf der Kurs in der Gegenrichtung Altdorf um 01.50 Uhr verlassen und um 02.21 Uhr in Luzern eintreffen würde. Die neue Verbindung sollte auf den Fahrplanwechsel vom 12. Dezember 2010 hin in Betrieb genommen werden. Die vbl transport ag beabsichtigte, den sog. "Nachtstern"-Tarif zur Anwendung zu bringen, was bedeutet, dass keine anderen Billette oder Abonnemente anerkannt und keine Ermässigungen gewährt werden. A.b Mit Verfügung vom 25. Januar 2011 erteilte des Eidgenössische Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) der vbl transport ag die Konzession Nr. 700 ab 12. Dezember 2010 mit einer Dauer bis zum Fahrplanwechsel vom Dezember 2020. Nebst anderen Auflagen bestimmte das UVEK in Ziff. 3 der Konzessionsverfügung: "Mit Ausnahme des pauschalen tarifierten Ortsverkehrs sind spätestens ab Fahrplanwechsel im Dezember 2012 die Fahrausweise des direkten Verkehrs und der Tarifverbünde anzuerkennen, wobei ein Nachtzuschlag erhoben werden darf." A.c Die vbl transport ag erhob Beschwerde beim Bundesverwaltungsgericht mit dem Antrag, Ziff. 3 der Verfügung vom 25. Januar 2011 sei aufzuheben. Mit Urteil vom 24. November 2011 hiess das Bundesverwaltungsgericht die Beschwerde gut, hob Ziff. 3 der Konzessionsverfügung vom 25. Januar 2011 auf und ersetzte sie durch folgenden Wortlaut: "Für die Linie Luzern-Altdorf via Seelisbergtunnel (Nachtbus) muss kein direkter Verkehr angeboten werden." A.d Das UVEK erhebt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten mit dem Antrag, das Urteil des Bundesverwaltungsgerichts sei aufzuheben und die Verfügung vom 25. Januar 2011 sei zu bestätigen, eventuell sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Die vbl transport ag beantragt die Abweisung der Beschwerde. Das Bundesverwaltungsgericht verzichtet auf eine Vernehmlassung.