Fatti: A. A._ e B._ si sono sposati il 29 dicembre 1961. Su azione unilaterale della moglie, con sentenza 6 aprile 2011, il Pretore del distretto di Riviera ha pronunciato il divorzio, condannando A._ a versare alla moglie l'importo di fr. 260'491.95 in liquidazione del regime dei beni, fr. 3'100.-- mensili indicizzati vita natural durante quale contributo alimentare e fr. 500.-- mensili a valere quale indennità ex art. 124 CC. Tassa e spese di giustizia sono state poste a carico delle parti in ragione di metà ciascuna. B. A._ è insorto al Tribunale d'appello del Cantone Ticino con appello 5 maggio 2011, nel quale ha dichiarato che inoltrava, d'intesa con la moglie, un accordo consensuale per la separazione, e non per il divorzio. Su invito del Presidente della I Camera civile del Tribunale d'appello, A._ e B._ hanno prodotto una convenzione 30 maggio 2011 sugli effetti accessori della loro separazione. Con la qui impugnata sentenza 15 giugno 2011, il Tribunale d'appello ha dichiarato il gravame irricevibile, giudicando che l'azione unilaterale di divorzio non potesse essere mutata in richiesta comune di separazione in sede di appello. C. A._ (ricorrente) è insorto contro la sentenza d'appello con ricorso in materia civile 17 agosto 2011 al Tribunale federale, postulandone l'annullamento e la pronuncia della separazione a tempo indeterminato dei coniugi, con omologazione della relativa convenzione sugli effetti accessori conclusa dalle parti in data 30 maggio 2011. Il Tribunale d'appello ha rinunciato a presentare osservazioni e si è riconfermato nelle motivazioni e conclusioni della propria sentenza. B._ (opponente) ha dichiarato condividere pienamente l'argomentazione ricorsuale e ha a sua volta postulato l'annullamento della sentenza d'appello e la pronuncia della separazione per tempo indeterminato, con conferma della convenzione firmata dai coniugi. Il 5 giugno 2012 ha avuto luogo una deliberazione orale secondo l'art. 58 cpv. 1 LTF.