Faits: A. A.a Le 23 juin 1994, X._ a signé un contrat cadre de travail temporaire avec Z._ SA, société ayant entre autres buts le placement de personnel et la location de services dans l'industrie et la construction. Le même jour, ces deux parties ont signé un contrat de mission de durée indéterminée prévoyant l'engagement de X._ pour des travaux de manutention-nettoyage à effectuer à ... chez "Y.A._ SA". Z._ SA a reçu des bulletins de commande portant le timbre de "Y.A._ SA" et a établi ses factures à ce même nom. A.b Le chemin ... à ... est le siège de deux sociétés. La première, intitulée initialement Y.A_ Société Anonyme, a modifié sa raison sociale en Y.B._ SA dès le 18 mai 2000, puis en Y.C._ SA dès le 24 décembre 2002. La seconde, dénommée tout d'abord Y.A._ International SA, a ensuite pris la raison sociale Y._ SA dès le 7 mai 2000. Les deux sociétés ont un but analogue. La première est la filiale de la seconde. A.c Dans le cadre de sa mission, X._ a été victime le 19 octobre 1998 d'un grave accident ensuite duquel il s'est vu amputer la jambe gauche au-dessus du genou. Le rapport de police, le rapport d'accident de la SUVA et la déclaration d'accident LAA indiquent que l'accident s'est produit chez "Y.A._ SA". C'est également à ce nom que l'Office cantonal AI a adressé son annonce de recours contre le tiers responsable en date du 14 juillet 1999. A.d Chaque année entre 1999 et 2007, le conseil de X._ a adressé, tout d'abord à "Y.A._ SA", puis dès 2001 à Y.B._ SA, un courrier sollicitant une renonciation à se prévaloir de la prescription jusqu'à la fin de l'année suivante. Ces renonciations ont toutes été signées par B._, titulaire d'une signature collective à deux tant pour Y.C._ SA que pour Y._ SA. A._, qui a contresigné ces courriers de 2004 à 2007, dispose du même pouvoir d'engager les deux sociétés. En 1999, la déclaration de renonciation a été signée au nom de "Y.A._ SA". En 2000, elle a été signée au nom de Y.B._ SA. Le courrier qui l'accompagnait était rédigé sur le papier d'affaires de Y.B._ SA, comportant l'en-tête Y._. En 2001, la renonciation a derechef été signée au nom de Y.B._ SA; la lettre d'accompagnement était en revanche rédigée sur le papier d'affaires de Y._ SA (à en-tête Y._). De 2002 à 2004, la déclaration a été signée sans que le timbre d'une société ne soit apposé, contrairement aux années précédentes. Les lettres d'accompagnement étaient rédigées sur le papier d'affaires de Y._ SA (à en-tête Y._); celle de 2004 était toutefois signée au nom de Y.C._ SA. En 2005, 2006 et 2007, la déclaration de renonciation a été signée au nom de Y.C._ SA, tout comme la lettre d'accompagnement, laquelle était toutefois rédigée sur le papier d'affaires de Y._ SA (à en-tête Y._). Le 14 octobre 2008, X._ a envoyé à Z._ SA et à Y._ SA une demande d'indemnisation à hauteur de 318'245 fr. Il a reçu la réponse suivante de Y.C._ SA, rédigée sur son papier d'affaires à en-tête "Y._": "(...) la responsabilité de Y._ dans cet accident n'a jamais été engagée. Par ailleurs, les indemnités demandées nous paraissent totalement infondées, sinon d'ores et déjà périmées. Nous ne pouvons dès lors que décliner votre demande. (...)". Le 28 novembre 2008, le conseil de X._ a adressé à Y.B._ SA une demande de renonciation à la prescription qui ne lui a pas été retournée. Par réquisition du 23 décembre 2008, enregistrée par l'Office des poursuites le 9 janvier 2009, X._ a formé une poursuite contre Y._ SA. Le 6 janvier 2009, il a sollicité de Y.B._ SA une déclaration de renonciation à invoquer la prescription en précisant qu'en cas de refus, il lui ferait notifier un commandement de payer. Par réquisition du 16 décembre 2009, enregistrée le 18 décembre 2009, X._ a derechef intenté une poursuite contre Y._ SA. A.e Z._ SA a renoncé à invoquer la prescription. B. B.a Le 6 janvier 2010, X._ a déposé devant le Tribunal de première instance du canton de Genève une demande contre Z._ SA et Y._ SA, dans laquelle il concluait à ce que ces deux sociétés soient condamnées, conjointement et solidairement, à lui verser divers montants totalisant 263'683 fr. à titre de dommage de rente, dommage ménager, tort moral et prise en charge de prothèses particulières non couvertes par les assurances. Y._ SA a contesté avoir la légitimation passive et soulevé l'exception de prescription. Elle a notamment fait valoir que c'était sa filiale Y.C._ SA qui avait loué les services du demandeur à Z._ SA. Par jugement du 11 novembre 2010, le Tribunal de première instance a "débouté Y._ SA de son incident de légitimation passive" et l'a condamnée à payer un émolument de 300 fr.; il a sursis à statuer sur la question des dépens, débouté les parties de toutes autres conclusions et réservé la suite de la procédure au fond. En substance, le tribunal a considéré qu'il existait une confusion au sujet de la société concernée par les prétentions du demandeur. L'abréviation "Y.A._ SA" pouvait se rapporter aussi bien à Y.A._ Société Anonyme qu'à Y.A._ International SA; ces deux sociétés, outre des raisons sociales très similaires, avaient leur siège à la même adresse et des buts pratiquement identiques. Les sociétés du groupe Y._ n'avaient jamais pris la peine de clarifier la question, répondant aux courriers de X._ indifféremment au nom de l'une ou l'autre société. Y._ SA n'avait produit aucune pièce démontrant de manière claire et univoque que sa filiale était seule concernée par le chantier sur lequel travaillait X._. L'on pouvait dès lors inférer que les sociétés se considéraient toutes deux indifféremment responsables du chantier. Quant à la question de la prescription, elle devait être examinée avec le fond du litige. B.b Y._ SA a déposé un appel, dont X._ a demandé le rejet. Par arrêt du 15 avril 2011, la Chambre civile de la Cour de justice a dit que Y._ SA n'avait pas la légitimation passive et a débouté X._ de ses conclusions contre cette société. Elle a condamné X._ aux dépens de première et seconde instance de Y._ SA ainsi qu'aux dépens d'appel de Z._ SA, réservant pour le surplus les dépens de première instance. En substance, l'autorité d'appel a fondé son arrêt sur les motifs suivants: les bulletins de commande envoyés à Z._ SA et les factures de cette dernière portaient le nom de Y.A._ SA sans mention du terme "International", tout comme les rapports de police, SUVA et LAA établis à l'occasion de l'accident. X._ s'était adressé à Y.A._ SA, puis à Y.B._ SA pour obtenir des déclarations de renonciation à la prescription; celles-ci lui avaient été retournées contresignées soit avec le timbre Y.A._ SA ou Y.B._ SA, soit sans timbre, soit avec la mention manuscrite Y.C._ SA. Ainsi, jusqu'à fin 2007, X._ avait dirigé ses prétentions contre la filiale. Lorsqu'il avait adressé en 2008 une demande d'indemnisation à Y._ SA, c'était la filiale qui lui avait répondu en contestant sa responsabilité. La demande de renonciation du 28 novembre 2008 avait à nouveau été adressée à la filiale et non à Y._ SA. Une dernière demande avait été adressée à la filiale le 6 janvier 2009. En conséquence, force était de constater que les prétentions de X._ étaient dirigées contre la filiale de Y._ SA et non contre cette dernière. Il incombait au prénommé d'apporter la preuve que Y._ SA avait la légitimation passive à l'exclusion de sa filiale, à laquelle il s'était pourtant adressé. C. X._ (ci-après: le recourant) interjette un recours en matière civile auprès du Tribunal fédéral. Il conclut principalement à ce qu'il soit dit que Y._ SA a la légitimation passive et à ce que cette dernière et Z._ SA, solidairement entre elles, soient condamnées à lui payer divers montants totalisant 263'683 fr., intérêts en sus. L'intimée Y._ SA conclut au rejet du recours. L'intimée Z._ SA s'en remet à justice sur la recevabilité du recours et sur la légitimation passive de Y._ SA. Elle conclut pour le surplus à la confirmation de l'arrêt attaqué et, dans son argumentation, déclare contester intégralement le préjudice allégué et le principe même de sa responsabilité. L'autorité précédente se réfère à sa décision.