Faits: A. A.a C._, né en 1964, titulaire d'un certificat fédéral de capacité de carrossier, a été victime de deux accidents de moto, respectivement le 9 septembre et le 31 octobre 1985, dont il a gardé des séquelles à l'épaule droite. Par décision du 15 décembre 1987 la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA) lui a alloué une rente d'invalidité LAA de 15 % dès le 1er septembre 1987, ainsi qu'une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 10 %. Au cours de l'année 1987, l'assuré a ouvert une carrosserie. A.b En raison d'une subluxation chronique de son épaule droite, C._ a dû se soumettre à deux interventions chirurgicales (en mars 1998 et en avril 1999). A la suite de l'examen final du prénommé par son médecin d'arrondissement, la CNA a, dans un premier temps, refusé d'augmenter ses prestations (décision du 11 avril 2000). L'assuré ayant formé opposition, elle a rendu le 15 mars 2001 une nouvelle décision, remplaçant la précédente, par laquelle elle lui a reconnu le droit à une indemnité pour atteinte à l'intégrité supplémentaire d'un taux de 5 % ainsi qu'à une rente de 25 % dès le 1er avril 2000. Ce degré d'invalidité était fondé sur une capacité de travail résiduelle de 100 % dans une activité adaptée et résultait de la comparaison d'un revenu sans invalidité de 5'500 fr. avec un revenu d'invalide de 4'100 fr. Par décision sur opposition du 22 mai 2001, l'assureur-accidents a confirmé les termes de son prononcé du 15 mars 2001. A.c Entre 2003 et 2007, l'assuré a bénéficié à plusieurs reprises d'indemnités journalières et de la prise en charge de traitements médicaux en relation avec ses problèmes à l'épaule droite. La CNA a toutefois refusé d'augmenter la rente d'invalidité (décision du 4 octobre 2007). A.d Le 24 septembre 2009, C._ a annoncé à la CNA que le 24 juin précédent, il s'était déboîté l'épaule droite en voulant desserrer un boulon qui s'était grippé. Son médecin traitant, le docteur R._, l'a mis en arrêt de travail à 50 %. Un examen radiologique a mis en évidence une omarthrose sévère. L'assuré a été examiné le 11 décembre 2009 par le docteur P._, médecin d'arrondissement de la CNA. Par décision du 23 décembre 2009, confirmée sur opposition le 12 janvier 2010, la CNA a informé l'assuré qu'elle acceptait de prendre en charge les suites de l'événement à titre de rechute de l'accident du 10 octobre 1985, et qu'elle lui verserait les indemnités journalières jusqu'au 31 décembre 2009, date à partir de laquelle elle reprendrait le versement de la rente de 25 %. B. L'assuré a recouru contre la décision sur opposition de la CNA du 12 janvier 2010 devant la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal valaisan, qui a rejeté son recours, par jugement du 16 septembre 2010. C. C._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il requiert l'annulation. Il conclut, sous suite de frais et dépens, au renvoi de la cause à l'assureur-accidents pour nouvelle décision. La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer.