Faits: A. S._ a travaillé comme chef d'équipe auprès de l'entreprise X._ SA depuis 2000. Souffrant d'un carcinome lympho-épithélial du cavum, traité par chimio-radiothérapie, l'assuré a été mis en arrêt de travail total à partir du 26 mars 2007. N'ayant repris le travail qu'à temps partiel, l'assuré a déposé le 27 mars 2008, une demande de prestations de l'assurance-invalidité. Dans le cadre de l'instruction de cette demande, l'Office cantonal AI du Valais (ci-après: office AI) a recueilli les avis des médecins traitants, les docteurs P._, spécialiste FMH en médecine générale, et O._, médecin-adjoint et spécialiste FMH en radio-oncologie et radiothérapie à l'Hôpital Y._. Il a également mandaté le Centre d'expertise médicale Z._ (CEMed) afin qu'il réalise une expertise pluridisciplinaire. Dans un rapport du 3 février 2010, les docteurs E._, spécialiste FMH en médecine interne, I._, spécialiste FMH en psychiatrie-psychothérapie et U._, spécialiste FMH en neurologie, ont conclu à une pleine capacité de travail dans toute activité excluant le risque de blessure en cas de perte de connaissance soudaine. Sur la base de ces conclusions et après avoir consulté son Service médical régional (avis du 4 mai 2010), l'office AI a informé l'assuré qu'il comptait rejeter sa demande de prestations, au motif que celui-ci disposait d'une pleine capacité de travail dans son ancienne profession, ainsi que dans toute activité qui ne comportait pas de risque de chute ou de blessure en cas de perte de connaissance soudaine liée à des malaises végétatifs (projet de décision du 19 mai 2010). Malgré les objections formulées par l'assuré, à l'appui desquelles il a produit deux avis médicaux, l'un du docteur O._ (du 7 juillet 2010) et l'autre du docteur T._ (du 14 juin 2010), spécialiste FMH en oto-rhino-laryngologie, l'administration a maintenu sa position par décision du 30 septembre 2010, en se référant à un nouvel avis du SMR du 16 septembre 2010. B. L'assuré a déféré cette décision au Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales; dans ce cadre, il a produit un rapport du 21 octobre 2010 du docteur O._, lequel retient une incapacité de travail totale, ainsi qu'un rapport du docteur P._ du 12 mai 2011. De son côté, l'office AI a fait verser à la procédure deux rapports du SMR des 25 janvier et 29 mars 2011. Statuant le 25 octobre 2011, le Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, a rejeté le recours de l'assuré. C. S._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Sous suite de dépens, il conclut principalement au renvoi de la cause à l'office AI pour nouvelle décision au sens des considérants, et subsidiairement au renvoi du dossier à cet office pour qu'il mette en place une nouvelle expertise. Il demande que les frais de justice soient mis à la charge du fisc. Le Tribunal fédéral a renoncé à procéder à un échange d'écritures.