Faits:
A. A.a H.Y._ et F.Y._ ont pris à bail le 1er avril 1995 une surface de bureaux commerciaux d'environ 130 m2 en ville de Genève, moyennant un loyer annuel initial de 69'900 fr. Valable jusqu'au 31 mars 2000, le contrat était ensuite renouvelable tacitement de cinq ans en cinq ans. Le préavis de résiliation devait être signifié six mois avant l'échéance.
En 2005, les deux locataires ont demandé l'autorisation de sous-louer une partie des locaux, en raison d'une forte diminution de leur activité professionnelle. Le propriétaire a donné son accord à titre exceptionnel, en soulignant que l'usage prévu ne correspondait pas à celui mentionné dans le bail principal.
Les locataires ont alors conclu un contrat de sous-location avec la société X._ SA, laquelle se voyait notamment concéder l'usage de trois bureaux et d'une salle d'archives pour y exercer une activité d'agence immobilière, gérance et courtage immobilier. Le sous-bail était valable du 1er septembre 2006 au 31 mars 2010, puis renouvelable tacitement de trois ans en trois ans, sauf préavis de congé donné six mois à l'avance. Le loyer annuel était fixé à 60'000 fr.
A.b Par avis officiel du 24 janvier 2008, le propriétaire a signifié aux deux locataires principaux la résiliation de leur bail pour le 31 mars 2010. Selon les explications données le 12 mars 2008, le congé était motivé par la volonté de redonner aux locaux leur affectation d'origine à l'échéance du bail, la sous-location ayant été consentie à titre provisoire.
Les locataires/sous-bailleurs ont répercuté ce congé en résiliant le contrat de sous-location par avis officiel du 8 mai 2008 pour l'échéance du 31 mars 2010. Ils ont précisé que la résiliation était donnée consécutivement à celle du bail principal.
La sous-locataire a saisi la Commission de conciliation en matière de baux et loyers du canton de Genève. L'autorité précitée a annulé le congé par décision du 27 novembre 2008. Elle expliquait avoir également annulé la résiliation du bail principal dans une procédure séparée et constatait que le motif du congé n'était pas différent; le propriétaire s'était plaint du comportement d'un employé de la sous-locataire, laquelle l'avait alors licencié; un avertissement aurait été suffisant.
B. B.a Le 22 décembre 2008, les locataires/sous-bailleurs ont saisi le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève. Ils ont conclu à ce que le congé notifié à la sous-locataire le 8 mai 2008 soit déclaré valable et à ce qu'aucune prolongation du sous-bail ne soit accordée. La sous-locataire a dit se rallier à l'argumentation développée par l'autorité de conciliation et conclu au rejet de l'action.
Par jugement du 30 novembre 2009, le Tribunal des baux a déclaré le congé valable et rejeté toute autre conclusion.
La sous-locataire a déféré cette décision à la Cour de justice en concluant à l'annulation du congé, subsidiairement à l'octroi d'une première prolongation de bail identique à celle concédée aux locataires pour le bail principal.
Par arrêt du 15 novembre 2010, l'autorité d'appel a confirmé la validité du congé, en relevant que celui-ci avait été donné pour un motif bien réel et légitime, soit la résiliation du bail principal. Elle a toutefois reproché au Tribunal des baux de ne pas avoir examiné d'office la question d'une éventuelle prolongation du bail. En conséquence, elle a annulé le jugement et renvoyé la cause aux premiers juges.
B.b Le 3 février 2011, le Tribunal des baux a ordonné un échange d'écritures sur la question d'une éventuelle prolongation du sous-bail. La sous-locataire a déposé des conclusions motivées datées du 17 mars 2011, dans lesquelles elle demandait l'annulation du congé, subsidiairement une prolongation de six ans. Elle a en outre requis la production de pièces en mains des locataires.
Le Tribunal des baux et loyers a rendu un nouveau jugement le 19 mai 2011. Il a déclaré valable le congé notifié le 8 mai 2008, en soulignant que cette question avait déjà été tranchée par la Cour de justice et qu'il n'y avait pas d'élément nouveau. Il a par ailleurs refusé toute prolongation du bail de sous-location.
La Cour de justice a confirmé ce jugement par arrêt du 18 juin 2012.
C. La sous-locataire (ci-après: la recourante) saisit le Tribunal fédéral d'un recours en matière civile, dans lequel elle conclut à l'annulation du congé notifié le 8 mai 2008, subsidiairement à l'octroi d'une prolongation de bail de six ans. Elle requiert en outre que son recours soit assorti de l'effet suspensif.
Les locataires (ci-après: les intimés) concluent au rejet de la requête d'effet suspensif. L'autorité précédente renonce à se déterminer.
Les intimés et la cour d'appel n'ont pas été invités à déposer une réponse.
Considérant en droit:
1. 1.1 La valeur litigieuse minimale de 15'000 fr. requise dans les causes de droit du bail à loyer est manifestement atteinte dans le cas d'espèce (art. 74 al. 1 let. a LTF).
1. 1.1 La valeur litigieuse minimale de 15'000 fr. requise dans les causes de droit du bail à loyer est manifestement atteinte dans le cas d'espèce (art. 74 al. 1 let. a LTF).
1.2 1.2.1 Les intimés mettent en doute la recevabilité du recours en reprochant à son auteur d'avoir "cité les intimés avec une élection de domicile" qui ne serait plus valable.
1.2.2 Sur la page de garde de son mémoire du 17 août 2012, la recourante a indiqué par inadvertance que le conseil des intimés est l'avocate A._, rue ... à Genève. Le courrier annexe accompagnant le dépôt du recours porte en revanche la mention "copie à Me L. Cruchon".
Il apparaît qu'au cours de la procédure cantonale, le mandat conféré à Me A._ a dû être transféré à Me Laurence Cruchon, la première ayant été élue magistrate. La décision attaquée indique que les intimés sont représentés par Me Cruchon. Cela étant, l'inadvertance de la recourante ne prête pas à conséquence. Les intimés ne prétendent pas que la décision attaquée aurait été notifiée à un tiers non habilité. Pour le surplus, le recours fait clairement apparaître quelle décision est attaquée, et contre quelles personnes il est dirigé. Aucune confusion n'est possible à cet égard, et les intimés ne disent pas le contraire. Pour le surplus, la cour de céans a donné avis du dépôt du recours tant à Me A._ qu'à Me Cruchon. Les deux avocates ont été invitées à se déterminer sur la requête d'effet suspensif, suite à quoi Me Cruchon a déposé une écriture en ce sens.
Le grief se révèle infondé.
1.3 Les intimés soutiennent que la question de la validité du congé a été réglée de façon définitive depuis près de deux ans dès lors que l'arrêt rendu par la Cour de justice le 15 novembre 2010 n'a pas été déféré devant la cour de céans.
Cette analyse est erronée. La validité du congé et la prolongation du bail ne sont pas des questions indépendantes au sens de l'art. 91 let. a LTF: la seconde ne se pose que si la première reçoit une réponse affirmative. Avant de se prononcer sur la prolongation du bail, le juge doit donc trancher la question préjudicielle de la validité du congé. En conséquence, l'arrêt sur appel rendu le 15 novembre 2010, qui déclare le congé valable et renvoie la cause à l'autorité de première instance pour qu'elle instruise et statue sur une éventuelle prolongation de bail, constitue non pas une décision partielle au sens de l'art. 91 LTF, mais une décision incidente. Or, l'art. 93 al. 3 LTF énonce clairement que si le recours contre une telle décision n'est pas recevable en vertu des alinéas 1 et 2, ou s'il n'a pas été utilisé, la décision incidente peut être attaquée par un recours contre la décision finale, dans la mesure où la première influe sur le contenu de la seconde. Cette hypothèse est précisément vérifiée.
2. 2.1 La recourante reproche aux autorités cantonales d'avoir violé son droit d'être entendue (art. 29 al. 2 Cst.) en s'abstenant de donner suite aux réquisitions de preuve qu'elle avait formées le 17 mars 2011.
2.2 Tant l'art. 8 CC que l'art. 29 al. 2 Cst. confèrent au justiciable le droit de faire administrer des preuves. Toutefois, les offres de preuves doivent être faites dans les formes et délais prévus par la loi de procédure applicable, et doivent porter sur des faits pertinents pour l'appréciation juridique de la cause (ATF 135 I 279 consid. 2.3; 134 I 140 consid. 5.3; 133 III 189 consid. 5.2.2; 131 I 153 consid. 3 p. 157).
2.3 En l'occurrence, la recourante a déposé le 17 mars 2011 un "chargé de pièces requises" dans lequel elle demandait que les intimés produisent "toute preuve de la validité de la résiliation du bail principal", ainsi que "toute preuve de l'absence de prolongation du bail principal ou de sa durée en cas d'octroi de prolongation". Les autorités cantonales n'y ont pas donné suite, sans donner d'explications.
La recourante ne se plaint pas d'un défaut de motivation des décisions cantonales, de sorte qu'il n'y a pas à examiner cette question. En revanche, elle plaide en substance qu'une annulation de la résiliation du bail principal conduirait de facto à annuler la résiliation du sous-bail. Il convient d'examiner le bien-fondé de cette analyse.
2.4 Selon l'art. 271 al. 1 CO, le congé est annulable s'il contrevient aux règles de la bonne foi. Les cas typiques d'abus de droit - absence d'intérêt à l'exercice d'un droit, utilisation d'une institution juridique de façon contraire à son but, disproportion grossière des intérêts en présence - justifient l'annulation d'un congé, étant précisé que l'abus ne doit pas nécessairement être "manifeste" au sens de l'art. 2 al. 2 CC (ATF 138 III 59 consid. 2.1 p. 62; 136 III 190 consid. 2; 120 II 105 consid. 3a p. 108).
Le sous-locataire qui voit son bail résilié peut aussi se prévaloir des règles de protection contre les congés, mais cette protection s'éteint ex lege lorsque le bail principal prend fin (cf. art. 273b al. 1 CO; PETER HEINRICH, Die Untermiete, 1999 [cité ci-après HEINRICH, Untermiete], p. 222; PETER HIGI, Zürcher Kommentar, 4e éd. 1996, n° 20 ss ad art. 273b CO). La décision de prolonger la durée du sous-bail est donc toujours assortie d'une condition, en ce sens que la prolongation vaut pour autant que le bail principal ne prenne pas fin (HIGI, op. cit., n° 34 ad art. 273b CO).
La jurisprudence fédérale a précisé que pour déterminer si la résiliation est conforme aux règles de la bonne foi, il faut se placer au moment où elle a été signifiée. Si le motif légitime pour lequel le bail a été résilié disparaît par la suite, la résiliation ne peut pas devenir a posteriori contraire à la bonne foi (ATF 138 III 59 consid. 2.1 i.f. p. 62; arrêt 4C.333/1997 du 8 mai 1998 consid. 3b, in CdB 1998 104, traduit in MRA 1999 46).
Cette jurisprudence divise la doctrine: tandis que certains auteurs vont dans le même sens (HIGI, op. cit., n° 153 ad art. 271 CO; HANS PETER WALTER, in Kurzkommentar OR, Honsell [éd.], 2008, n° 16 ad art. 271-271a CO; PHILIPPE CONOD, in Droit du bail à loyer, Commentaire pratique, Bohnet et Montini éd., 2010, n° 31 ad art. 271 CO), d'autres la réfutent, en objectant qu'il peut être abusif de persister à demander la résiliation dans une procédure en annulation de congé alors que le motif a disparu et que le bailleur ne justifie pas d'un (autre) intérêt à résilier le contrat (HEINRICH, in Handkommentar zum Schweizer Privatrecht, 2007, n° 6 ad art. 271-271a CO; ROGER WEBER, in Basler Kommentar, 5e éd. 2011, n° 33a ad art. 271/271a CO; LACHAT/THANEI, in Das Mietrecht für die Praxis, 8e éd. 2009, p. 604 n. 29/3.10). L'opinion a ainsi été émise que lorsque la résiliation du sous-bail est motivée par la résiliation du bail principal, l'annulation de celle-ci entraînerait de facto l'annulation de celle-là (HEINRICH, Untermiete, p. 234 s.).
2.5 Il n'y a pas de motif de s'écarter de la jurisprudence selon laquelle un congé ne peut pas devenir abusif a posteriori, en raison de la disparition du motif qui le légitimait. Celui qui résilie un contrat fait usage d'un droit formateur (ATF 135 III 441 consid. 3.3 p. 444). L'exercice d'un tel droit se fait par une manifestation de volonté sujette à réception. Si la résiliation est valablement déclarée, le droit formateur a atteint son but et disparaît (cf. GUILLAUME VIONNET, L'exercice des droits formateurs, 2008, p. 84-86; PIERRE ENGEL, Traité des obligations en droit suisse, 2007, p. 30; cf. aussi ATF 129 III 305 consid. 4.3 p. 315).
L'art. 271 al. 1 CO permet d'annuler le congé contraire aux règles de la bonne foi. La procédure prévue par l'art. 273 CO vise donc à examiner si l'exercice du droit formateur est conforme à la bonne foi, ce qui implique de se placer au moment où le congé a été signifié. Une réponse positive à cette question signifie que le droit formateur est épuisé et ce, depuis le moment où il a été valablement exercé, et non pas seulement à l'issue de la procédure qui confirme la validité du congé. Dès lors, le bailleur qui persiste à conclure que la résiliation est valable nonobstant la disparition, en cours de procédure, du motif qui la légitimait ne saurait se voir reprocher d'exercer de façon abusive un droit qui est en réalité déjà consommé.
Il s'ensuit que l'annulation du congé donné pour le bail principal n'est pas de nature à entraîner de facto l'annulation de la résiliation du sous-bail.
2.6 La recourante plaide que la résiliation du bail principal pourrait fort bien être factice et artificielle, ce que les pièces requises tendaient précisément à démontrer.
Il va de soi que la question d'une éventuelle simulation de congé entre les parties au contrat de bail principal est pertinente juridiquement pour apprécier la validité du congé affectant le sous-bail. Toutefois, dans l'écriture déposée le 17 mars 2011 en même temps que les réquisitions de preuve, la recourante n'affirme pas que la résiliation du bail principal serait une simulation ou un artifice. Elle allègue qu'on ignore si le bail principal a été prolongé, qu'il est au demeurant fort probable que le congé ait été annulé, ce qui entraînerait l'annulation du congé concernant le sous-bail. La recourante ne prétend pas avoir allégué une simulation dans d'autres écritures. Dans la mesure où elle invoque cet élément pour la première fois devant le Tribunal fédéral, il s'agit d'un fait nouveau irrecevable (art. 99 al. 1 LTF).
2.7 Pour le surplus, la recourante ne critique pas l'état de fait en tant qu'il constate que le motif du congé est la résiliation du bail principal. Par ailleurs, elle ne soulève pas le grief de violation de l'art. 271 al. 1 CO; en particulier, elle ne soutient pas que le congé motivé par la résiliation du bail principal contreviendrait aux règles de la bonne foi.
En bref, la validité du congé ne peut qu'être confirmée, et ce quand bien même il s'avérerait que le congé concernant le bail principal a été annulé. Il s'ensuit le rejet du grief de violation du droit à la preuve, en tant qu'il est lié à la validité du congé.
3. 3.1 La recourante se plaint d'une violation des art. 272 et 272b CO. Elle reproche en substance à la Cour de justice de ne pas lui avoir accordé une prolongation de bail alors que seules des situations extrêmes permettraient de refuser une telle mesure au locataire, et que l'intérêt des sous-bailleurs à ce que le bail prenne fin serait proprement inexistant.
3.2 La recevabilité du grief prête à discussion dans la mesure où la recourante émet en partie des considérations théoriques et ne s'attache pas à discuter la motivation donnée par la Cour de justice. Quoi qu'il en soit, supposé recevable, le grief devrait de toute façon être rejeté pour les raisons exposées ci-dessous.
3.3 En vertu des art. 272 al. 1 et 272b al. 1 CO, le locataire peut demander la prolongation d'un bail de locaux commerciaux pour une durée de six ans au maximum, lorsque la fin du contrat aurait pour lui des conséquences pénibles sans que les intérêts du bailleur ne le justifient. Dans cette limite de temps, le juge peut accorder une ou deux prolongations.
Le but de la prolongation est d'accorder au locataire plus de temps qu'il n'en aurait, selon la date de résiliation prévue, pour trouver des locaux de remplacement. Ne sont pas pertinents les inconvénients liés à la résiliation elle-même, inconvénients qui ne seraient que différés par le report du congé, et non pas supprimés. En revanche, sont précisément des "conséquences pénibles" celles qui sont dues à la pénurie de locaux, dans la mesure où elles empêchent le preneur de trouver des locaux équivalents à ceux qu'il quitte, ou des locaux suffisamment similaires pour qu'on puisse raisonnablement attendre de lui qu'il les accepte (ATF 116 II 446 consid. 3b; 105 II 197 consid. 3a).
Le juge doit procéder à une pesée des intérêts en cause en tenant compte de toutes les circonstances du cas concret, notamment la durée du bail, la situation personnelle et financière des parties, le besoin que le bailleur peut avoir des locaux et la situation sur le marché local des locaux commerciaux (cf. art. 272 al. CO). Peut aussi être pris en considération le délai entre la notification de la résiliation et l'échéance du bail, et les efforts déployés par le locataire pour trouver des locaux de remplacement dans cet intervalle. Les exigences doivent toutefois être relativisées dans la mesure où le congé est contesté (cf. arrêt 4C.343/2004 du 22 décembre 2004 consid. 4.2, traduit in mp 2005 100; arrêt 4C.267/2002 du 18 novembre 2002 consid. 3, in SJ 2003 I 261; ATF 125 III 226 consid. 4c).
La décision du juge sur le principe d'une prolongation et sur sa durée relève de la libre appréciation (ATF 136 III 190 consid. 6 p. 195). Le Tribunal fédéral ne revoit qu'avec réserve ce type de décision. Il n'intervient que lorsqu'elle s'écarte sans raison des règles établies par la doctrine et la jurisprudence en matière de libre appréciation, lorsqu'elle tient compte de faits sans pertinence ou méconnaît des éléments revêtant de l'importance, ou enfin, lorsqu'elle aboutit à un résultat manifestement injuste ou à une iniquité choquante (ATF 135 III 121 consid. 2).
3.4 Dans le cas concret, la Cour de justice a relevé que la situation du marché des locaux commerciaux était moins tendue que celle des logements, en précisant qu'il existait une situation "de moins forte pénurie" sur le marché des locaux commerciaux. Ce faisant, elle a retenu l'existence d'une certaine pénurie. Il faut inférer de cette constatation qu'il est difficile de retrouver des locaux commerciaux, cette difficulté étant en l'occurrence relativisée par le fait que la recourante est une société active dans la gérance immobilière. La recourante n'a pas allégué ni démontré l'existence de conséquences pénibles autres que celle liée à l'état du marché. Dans son recours, elle fait valoir qu'il serait "extrêmement difficile" de retrouver des locaux de même qualité et d'un emplacement aussi favorable. Ce faisant, elle s'écarte de l'état de fait sans démontrer que les conditions prévues par l'art. 97 al. 1 LTF seraient réalisées (cf. ATF 136 II 101 consid. 3 et les réf. citées). L'activité de la recourante - dans le domaine immobilier, et en particulier dans la gérance - ne suffit pas à conclure qu'elle doive nécessairement retrouver des locaux aussi centrés que ceux qu'elle doit abandonner.
Il faut par ailleurs tenir compte du fait que le congé concernant un bail en vigueur depuis moins de deux ans a été notifié déjà le 8 mai 2008. La recourante a certes obtenu une annulation de congé par l'autorité de conciliation, mais le Tribunal des baux a rendu le 30 novembre 2009 une décision défavorable, qui a été confirmée par la Cour de justice le 15 novembre 2010. A partir de ce moment, la recourante devait comprendre l'importance de rechercher sérieusement d'autres locaux, d'autant plus qu'il existait un aléa supplémentaire lié à la résiliation du bail principal.
La recourante objecte que les intimés n'ont plus aucun intérêt à résilier le sous-bail. Il ressort des décisions cantonales que le congé du bail principal a aussi été contesté et annulé par l'autorité de conciliation; il incombait dès lors aux locataires/sous-bailleurs de démontrer que la situation concernant leur bail principal s'opposait à une protection des sous-locataires, en particulier à une prolongation du sous-bail. Faute pour les locataires/sous-bailleurs d'avoir fourni des éléments en ce sens, il faut retenir que la situation juridique concernant le bail principal ne s'oppose pas à une prolongation du sous-bail.
Ce dernier point n'enlève rien au fait qu'en tenant compte de l'ensemble des circonstances, le refus d'accorder une prolongation se situe encore dans les limites du pouvoir d'appréciation de la Cour de justice.
Il s'ensuit le rejet du grief.
4. En définitive, le recours doit être rejeté dans la mesure où il est recevable. La requête d'effet suspensif s'en trouve ipso facto privée d'objet.
Conformément à l'art. 66 al. 1 LTF, la recourante supportera les frais judiciaires. Elle versera en outre une indemnité de 500 fr. aux intimés à titre de dépens pour leurs déterminations sur la requête d'effet suspensif (art. 68 al. 2 LTF), étant rappelé qu'ils n'ont pas été invités à produire une réponse.
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Un émolument judiciaire de 6'000 fr. est mis à la charge de la recourante.
3. La recourante versera aux intimés, créanciers solidaires, une indemnité de 500 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Chambre des baux et loyers de la Cour de justice du canton de Genève.
Lausanne, le 10 octobre 2012
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: Klett
La Greffière: Monti