Faits: A. Par contrat du 17 avril 2000, X._ (ci-après : le bailleur) a remis à bail à A._ et Y._ des locaux d'une surface de 91 m2, "à l'usage de bureaux exclusivement", situés au 2e étage de l'immeuble sis chemin ... à Genève. Conclu pour une durée initiale de trois ans, du 1er mai 2000 au 30 avril 2003, le bail était renouvelable ensuite tacitement d'année en année, sous réserve d'une résiliation adressée par écrit six mois à l'avance. A._ a exercé dans les locaux le métier d'osthéopathe, Y._ celui de physiothérapeute. Par avenant au contrat de bail du 14 mai 2007 conclu avec le bailleur, Y._ (ci-après : la locataire) est devenue seule titulaire du bail, dès le 1er mai 2007. Le 21 mai 2007, à la suite du départ de A._, Y._ a conclu un contrat de sous-location avec B._ (ci-après : la sous-locataire), logopédiste. Selon ce contrat, cette dernière avait à disposition, dans les locaux loués par la locataire, un bureau, avec jouissance de la salle d'attente, des toilettes et de la cuisine, pour une période de cinq années, renouvelable automatiquement d'année en année sauf résiliation anticipée de l'une des parties six mois à l'avance, pour un sous-loyer de 1'000 fr. par mois, charges comprises. Le bailleur a autorisé la sous-location pour la période du 1er avril 2007 au 30 avril 2008. Selon un avis du bailleur du 6 octobre 2008, un renouvellement du bail principal était prévu pour une période cinq ans, soit jusqu'au 30 avril 2014, renouvelable. Le loyer annuel a été fixé en dernier lieu à 26'400 fr., charges non comprises. Par lettre adressée le 19 janvier 2011 à la locataire principale, le bailleur a constaté que celle-ci n'était plus, depuis le 1er mai 2008, au bénéfice d'une autorisation de sous-louer les locaux. Il l'a toutefois prolongée jusqu'au 30 avril 2011, indiquant qu'il n'accorderait plus de prolongation, les multiples sous-locations dans l'immeuble constituant désormais un inconvénient majeur pour lui, eu égard aux dimensions de l'ascenseur qui ne permettaient pas d'absorber le nombre croissant d'utilisateurs, locataires et patients. Faisant suite à la demande de la locataire principale, le bailleur a confirmé sa position de refus par courriers des 1er février et 10 mars 2011. B. Le 6 avril 2011, la locataire, par requête formée devant la Commission de conciliation en matière de baux et loyers, a conclu à ce qu'il soit constaté qu'elle était en droit de continuer à sous-louer partiellement les locaux. Suite à l'échec de la conciliation, la locataire a porté sa requête devant le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève le 7 juillet 2011. Par jugement du 23 janvier 2012, le Tribunal des baux et loyers a constaté que la locataire est en droit de sous-louer à B._ un bureau dans les locaux litigieux. Sur appel du bailleur, la Cour de justice du canton de Genève, Chambre des baux et loyers, par arrêt du 11 juillet 2012, a confirmé le jugement entrepris. En substance, elle a retenu que la locataire n'a pas quitté la chose louée, mais qu'elle y travaille toujours en tant que physiothérapeute, tout en sous-louant une petite partie de ces locaux (un bureau), de sorte qu'aucun motif lié au caractère provisoire de l'institution de la sous-location ne fait obstacle à celle-ci. Elle a en outre jugé qu'aucun inconvénient majeur dû à la sous-location ne pouvait être retenu, le bailleur n'ayant notamment pas établi, même par indices, en quoi la sous-locataire accroîtrait de manière substantielle le nombre de personnes passant par le hall d'entrée et l'ascenseur, ni pourquoi un tel accroissement, fût-il avéré, entraînerait des désagréments pour l'utilisation ou la valeur de l'immeuble et de la chose louée. C. Le bailleur exerce un recours en matière civile contre l'arrêt cantonal du 11 juillet 2012. Il conclut à son annulation et à sa réforme en ce sens que la locataire soit déboutée de toutes ses conclusions et qu'il lui soit fait interdiction, ainsi qu'à tout tiers, de sous-louer le bureau litigieux. L'intimée conclut au rejet du recours sous suite de dépens.