Fatti: A. Il 19 settembre 2007, l'allora Municipio di Y._ ha rilasciato a B.B._ e C.B._ una licenza edilizia per la costruzione di uno stabile di quattro appartamenti, strutturato su quattro piani disposti in due gradoni, sul fondo part. xxx di loro proprietà. La particella è situata su un terreno in pendio ubicato nella zona residenziale estensiva. Il progetto contemplava la costruzione di un edificio articolato su due gradoni di due piani l'uno: quello superiore arretrato a 12.87 m dalla facciata a valle di quello sottostante. Al pianterreno (seminterrato), era prevista un'autorimessa, accessibile da ovest. L'accesso agli appartamenti era costituito da un percorso pedonale esterno, suddiviso in rampe di scale che, partendo dal piccolo piazzale davanti all'autorimessa, si sviluppava ai piedi delle facciate ovest, sud ed est dello stabile, innalzandosi progressivamente fino al livello dell'appartamento del quarto piano. All'interno dell'edificio era inoltre previsto un ascensore, situato in posizione centrale fra i due gradoni, che avrebbe collegato l'autorimessa all'appartamento del quarto piano. B. Nel corso dei lavori di costruzione, i proprietari beneficiari della licenza edilizia si sono scostati dai piani approvati. Hanno in particolare costruito un manufatto parzialmente interrato nel pendio ad ovest dello stabile, da destinare ad autorimessa, in modo da poter utilizzare diversamente lo spazio destinato a tale scopo a pianterreno. Hanno inoltre esteso l'appartamento del primo piano ai locali di servizio previsti sul retro, arretrando inoltre tale appartamento di circa un metro dalla facciata sud, in modo da ricavare un portico sotto il quale hanno fatto passare la scala d'accesso agli appartamenti. Hanno altresì maggiorato le dimensioni dei balconi previsti sulla facciata ovest. C. Constatate queste difformità, il Municipio di X._, subentrato per aggregazione a quello di Y._, ha ordinato il 17 febbraio 2010 la sospensione parziale dei lavori di costruzione ed ha ingiunto ai proprietari di presentare una domanda di costruzione a posteriori. Essi hanno quindi inoltrato il 25 febbraio 2010 una domanda in variante, nella forma della notifica, per le modifiche apportate al progetto approvato. Nel termine di pubblicazione, A._, proprietario di un fondo confinante, si è opposto al rilascio della licenza edilizia in variante. Con distinte decisioni del 25 maggio 2010 il Municipio di X._ ha rilasciato la licenza edilizia e ha respinto l'opposizione sollevata dal vicino. D. Detto confinante ha allora adito il Consiglio di Stato del Cantone Ticino che, con decisione del 26 ottobre 2010, ha accolto il ricorso e annullato la risoluzione municipale. Il Governo ha ritenuto che le modifiche apportate fossero di rilevanza tale da imporre la procedura ordinaria e non quella della semplice notifica. Ha inoltre rilevato un superamento inammissibile dell'indice di sfruttamento. E. Con sentenza del 17 marzo 2011 il Tribunale cantonale amministrativo ha parzialmente accolto un ricorso dei proprietari contro la decisione governativa, annullandola e riformandola nel senso che la licenza edilizia è stata confermata alla condizione che la finestra della camera da letto matrimoniale del primo piano fosse arretrata di 175 mm. F. A._ impugna questa sentenza con un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale, chiedendo di annullarla e di confermare la decisione governativa, annullando quindi anche la licenza edilizia. Il ricorrente fa valere la violazione del divieto dell'arbitrio, del diritto di essere sentito e del principio della parità di trattamento. Lamenta inoltre un accertamento manifestamente inesatto dei fatti e la violazione del diritto federale. G. Sono stati invitati a presentare una risposta al gravame le controparti e le precedenti autorità. La Corte cantonale ammette di avere omesso, per inavvertenza, di dare riscontro nel dispositivo della sua sentenza dell'accertata violazione della distanza minima dal confine determinata da un balcone. Si conferma per il resto nella sua sentenza. Il Consiglio di Stato si rimette al giudizio del Tribunale federale. Il Municipio di X._ chiede di respingere il ricorso e di confermare la decisione impugnata. I proprietari istanti chiedono, in via principale, di dichiarare irricevibile il gravame; in via subordinata, di respingerlo nella misura della sua ammissibilità. Il ricorrente ha ribadito le sue conclusioni con ulteriori osservazioni del 13 luglio 2011, del 18 agosto 2011 e del 7 settembre 2011. I proprietari istanti si sono sostanzialmente confermati nella loro richiesta con osservazioni del 7 luglio 2011, del 17 agosto 2011, del 6 settembre 2011 e del 3 ottobre 2011.