Faits: A. P._ (née en 1971) a été mise au bénéfice d'une rente entière d'invalidité, fondée sur un taux d'invalidité de 100 %, à partir du 1er décembre 1999 (décision du 3 juillet 2002). Le droit à cette prestation a été maintenue à la suite d'une révision en 2003 (communication de l'assurance-invalidité du 6 octobre 2003). Dans le cadre d'une nouvelle procédure de révision initiée en novembre 2005, l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève a soumis l'assurée à un examen rhumatologique et psychiatrique auprès de son Service médical régional AI (SMR). Dans leur rapport du 9 janvier 2008, les docteurs I._, ancienne médecin-chef adjointe en physiatrie, et B._, spécialiste FMH en psychiatrie, ont retenu différents diagnostics sans répercussion sur la capacité de travail et constaté que l'assurée ne souffrait plus d'une maladie psychiatrique invalidante depuis novembre 2006, ni ne présentait de trouble invalidant sur le plan ostéo-articulaire; ils ont attesté d'une capacité entière de travail dans l'activité de vendeuse (que l'assurée avait exercée par le passé) et dans toute activité adaptée. Se fondant sur ses conclusions, l'office AI a, par décision du 9 décembre 2008, supprimé le droit de l'intéressée à la rente d'invalidité à partir du 1er février 2009. B. Saisie d'un recours formé par P._ contre cette décision, la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, a entendu notamment les docteurs L._, spécialiste FMH en médecine interne et rhumatologie, et G._, médecin adjoint du Centre médical X._ (procès-verbal d'audition des 8 juin et 27 juillet 2009). Elle a ensuite chargé les docteurs O._, rhumatologue, et R._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie, d'une expertise. Au terme de leurs examens respectifs, les experts sont arrivés à la conclusion que l'assurée était incapable de travailler en raison d'atteintes psychiques (agoraphobie avec trouble panique, phobie sociale, trouble dépressif récurrent, épisode actuel léger, trouble somatoforme indifférencié, trouble de la personnalité anxieuse [évitante]; rapport du docteur R._ du 12 juillet 2010), alors que du point de vue strictement rhumatologique, elle disposait d'une capacité de travail de maximum cinq heures par jour dans une activité respectant les limitations décrites (rapport du docteur O._ du 6 août 2010). Statuant le 22 février 2011, la Chambre des assurances sociales de la Cour de justice genevoise a admis le recours au sens des considérants. Annulant la décision du 9 décembre 2008, elle a jugé que l'assurée avait droit au rétablissement de sa rente entière dès le 1er février 2009. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, l'office AI demande au Tribunal fédéral d'annuler le jugement cantonal et de confirmer sa décision du 9 décembre 2008. La requête d'effet suspensif qui assortit son recours a été admise par ordonnance du 24 mai 2011. P._ conclut implicitement au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.