Faits: A. B._, C._ et D._ sont copropriétaires de la parcelle 136 de la commune de Trélex. Cette parcelle est affectée en zone village au sens du règlement général sur l'aménagement du territoire et les constructions (ci-après: le RGATC) approuvé par le département compétent le 7 février 2008. D'une surface de 1'662 m2, elle supporte une habitation avec rural pour 260 m2 (ECA n° 79), un bâtiment agricole pour 38 m2 (ECA n° 80), une habitation pour 6m2 (ECA n° 77) et un garage pour 32 m2 (ECA n° 278), le solde étant de nature de jardin pour 1'362 m2. Le bâtiment ECA n° 79 figure en note 4 au recensement architectural cantonal. Les copropriétaires précités ont mis à l'enquête publique, du 23 juillet au 23 août 2010, un projet relatif à la démolition des bâtiments nos 79, 80 et 278 et à la construction d'un immeuble de cinq logements avec parking souterrain de 14 places, quatre places extérieures et couvert à voiture. Ce projet a suscité l'opposition de A._, propriétaire, respectivement copropriétaire, des parcelles 131 et 137 contiguës à la parcelle 136. Il ressort de la synthèse CAMAC du 12 août 2010 que les autorités cantonales ont délivré les autorisations spéciales et les préavis favorables nécessaires; en particulier, le service immeubles, patrimoine et logistique (ci-après: le SIPAL) n'a pas formulé de remarque relative à la démolition des bâtiments existants sur la parcelle 136. Le 24 septembre 2010, la municipalité de Trélex a décidé de lever l'opposition de A._ et de délivrer l'autorisation de construire sollicitée. B. A._ a porté sa cause devant la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal vaudois (ci-après: le Tribunal cantonal). Après avoir procédé à une vision locale en présence des parties, le Tribunal cantonal a rejeté le recours par arrêt du 5 avril 2012 et confirmé la décision de la municipalité du 24 septembre 2010. Il a considéré en substance que le projet litigieux était conforme aux différentes normes de droit cantonal et communal invoquées par l'opposante. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ demande au Tribunal fédéral de réformer l'arrêt du Tribunal cantonal du 5 avril 2012, en ce sens que son recours contre la décision de la municipalité du 24 septembre 2010 est admis, et d'annuler la décision de la municipalité. Subsidiairement, elle conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué, la cause étant renvoyée à la cour cantonale pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Elle se plaint pour l'essentiel d'une application arbitraire du droit cantonal et communal des constructions ainsi que d'une violation de son droit à une décision motivée. Le Tribunal cantonal renonce à se déterminer et conclut au rejet du recours, au bénéfice des considérants de son arrêt. La municipalité de Trélex conclut également au rejet du recours. L'intimé B._ demande au Tribunal fédéral de rejeter le recours dans la mesure où il est recevable; il confirme ses conclusions par courrier du 5 juillet 2012. La recourante a répliqué le 9 juillet 2012. D. Par ordonnance du 6 juin 2012, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif de la recourante.