Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Zürich verurteilte X._ wegen mehrfacher grober Verkehrsregelverletzung zu einer Geldstrafe von 120 Tagessätzen zu Fr. 140.--, bedingt aufgeschoben bei einer Probezeit von zwei Jahren, sowie zu einer Busse von Fr. 1'800.--. Vom Vorwurf der fahrlässigen Verursachung einer Feuersbrunst sprach es ihn frei und verwies die Schadenersatz- und Genugtuungsforderungen der Geschädigten auf den Zivilweg.
B. Die Gebäudeversicherung des Kantons Zürich als Geschädigte erklärte gegen den Freispruch Berufung beim Obergericht des Kantons Zürich. Dieses stellte die Rechtskraft der Verurteilung wegen mehrfacher grober Verkehrsregelverletzung sowie des Verweises der Geschädigten auf den Zivilweg fest. Es verurteilte X._ zusätzlich wegen fahrlässiger Verursachung einer Feuersbrunst und sanktionierte ihn mit einer Geldstrafe von 180 Tagessätzen zu Fr. 140.--, bedingt aufgeschoben bei einer Probezeit von zwei Jahren, sowie zu einer Busse von Fr. 1'800.--.
C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich sei aufzuheben, und er sei vom Vorwurf der fahrlässigen Verursachung einer Feuersbrunst freizusprechen. Die Verfahrenskosten am Bezirksgericht Zürich seien ihm nur zu zwei Dritteln aufzuerlegen. Diejenigen des Obergerichts sowie des Bundesgerichts seien auf die Staatskasse zu nehmen. Zudem sei ihm für jede Instanz eine Prozessentschädigung auszurichten.
D. Die Vorinstanz sowie die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich verzichten auf eine Vernehmlassung. Die Gebäudeversicherung des Kantons Zürich beantragt, die Beschwerde sei abzuweisen, und das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich sei zu bestätigen. Eventualiter sei die Sache zur Erhebung weiterer Feststellungen zum Sachverhalt an das Obergericht zurückzuweisen.
Erwägungen:
1. Die Vorinstanz geht von folgendem - grundsätzlich unbestrittenen - Sachverhalt aus:
Der Beschwerdeführer begab sich am 17. Juli 2008 auf den Estrich im 3. Stock eines Mehrfamilienhauses in Zürich, in dem er wohnte, um das Futter seiner Motorradjacke, das er dort vermutete, zu suchen. Um ca. 22.12 Uhr lief er in eine Spinnwebe, die in seinem Gesicht und den Haaren haften blieb, was er als eklig empfand. Als er vor ihm auf Brusthöhe eine zweite Spinnwebe erblickte, nahm er ein zufällig mitgeführtes Feuerzeug aus seiner Hosentasche und zündete die Spinnwebe - ca. 50-60 cm unterhalb des Isolationsmaterials der Dachverkleidung - an, wobei eine leicht bläuliche Flamme entstand, die sich dem Netz entlang bis zur Dachverkleidung ausbreitete. Dabei begann die aus unverarbeiteten und mit blossem Krepppapier umhüllten Kokosmatten bestehende Dachisolation zu glimmen. Der Beschwerdeführer erstickte die münzengrosse Glut mit seinen Händen. Er wandte sich daraufhin ab und suchte wieder nach dem Jackenfutter. Wenige Momente später nahm er Rauch wahr und sah, dass sich von der ursprünglichen Glimmstelle aus ein Feuer ausbreitete. Trotz sofortigen Löschversuchen des Beschwerdeführers geriet der Dachstock innert kürzester Zeit in Vollbrand.
2. 2.1.1 Die Vorinstanz führt aus, der Beschwerdeführer habe gewusst, dass es sich um einen alten Dachstock gehandelt habe. Seine Tätigkeit im Zusammenhang mit Dachisolationsmatten in einer Schreinerei im Jahre 1992 könne ihn nicht entlasten. Er sei selber davon ausgegangen, der Dachstock stamme aus den 30er-Jahren, weshalb er aufgrund seiner beruflichen Erfahrung nicht habe darauf schliessen können, man habe früher dasselbe feuerfeste Material verwendet. Er habe ausgesagt, das Isolationsmaterial bei früheren Begehungen als strohähnliche Matten eingestuft zu haben. Er habe daher mit der leichten Entzündbarkeit des Materials rechnen müssen. Er habe zwar das offene Feuer nicht direkt gegen die Kokosmatten gehalten. Ein verständiger Erwachsener müsse berücksichtigen, dass sich eine Spinnwebe bei Feuerkontakt nicht einfach auflöse, sondern auch brennen könne. Der Kausalverlauf (vorsätzliches Anbrennen der Spinnweben, Weiterleitung der Flamme zum leicht brennbaren Isolationsmaterial, rasches Ausbreiten der Flamme auf das gesamte Isolationsmaterial und Abbrennen des Dachstocks mit entsprechendem Schadenbild) sei für den Beschwerdeführer bei Beginn der Verwendung seines Feuerzeugs vorhersehbar gewesen. Seine Unsorgfalt habe entgegen der ersten Instanz darin gelegen, dass er unter den konkreten Umständen mit Feuer hantiert habe (angefochtenes Urteil, S. 10 f.).
2.1.2 Die Aussage des Leiters der kantonalen Feuerpolizei habe deutlich gemacht, dass keine feuerpolizeiliche Verpflichtung bestanden habe, das Isolationsmaterial auszutauschen. Kokosfasermatten seien vor 40 Jahren und mehr ein gängiges Isolationsmaterial gewesen. Bei bestehenden Bauten gelte die Bestandesgarantie, ausser bei einem gefährlichen polizeilichen Missstand, was bei der in Frage stehenden Liegenschaft nicht zugetroffen habe (angefochtenes Urteil, S. 12).
2.1.3 Nach Auffassung der Vorinstanz hätte der Brand allenfalls mit einem sofort greifbaren Feuerlöscher frühzeitig gelöscht werden können. Die Eigentümerschaft sei jedoch nicht verpflichtet gewesen, im Dachgeschoss, das lediglich als Winde verwendet worden sei, Brandschutzvorrichtungen wie Brandmelder, Sprinkler etc. einzubauen. Mit dem Vorgehen des Beschwerdeführers - dies sei auch die Meinung der kantonalen Feuerpolizei - habe die Hauseigentümerschaft nicht rechnen müssen (angefochtenes Urteil, S. 14). Da er bereits durch das Inbrandsetzen der Spinnwebe den Tatbestand der fahrlässigen Verursachung einer Feuersbrunst erfüllt habe, könne offenbleiben, ob er seine Sorgfaltspflichten durch nachlässiges Löschen der Glut verletzt habe (angefochtenes Urteil, S. 16).
2.1.4 Die nachträglich eingebaute Lukarne am anderen Ende des Daches hätte auch bei Einholen einer Baubewilligung nicht dazu geführt, das gesamte Dach mit modernen feuerfesten Matten zu isolieren. Im Übrigen könne offenbleiben, ob die Begehung der Liegenschaft durch die Beschwerdegegnerin 2 im Jahre 2004 nur der Schätzung des Gebäudewerts gedient oder eine Besichtigung allfälliger technischer Mängel stattgefunden habe (angefochtenes Urteil, S. 15).
2.1.4 Die nachträglich eingebaute Lukarne am anderen Ende des Daches hätte auch bei Einholen einer Baubewilligung nicht dazu geführt, das gesamte Dach mit modernen feuerfesten Matten zu isolieren. Im Übrigen könne offenbleiben, ob die Begehung der Liegenschaft durch die Beschwerdegegnerin 2 im Jahre 2004 nur der Schätzung des Gebäudewerts gedient oder eine Besichtigung allfälliger technischer Mängel stattgefunden habe (angefochtenes Urteil, S. 15).
2.2 2.2.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, er habe den Tatbestand der fahrlässigen Verursachung einer Feuersbrunst weder durch eine Handlung (Entfernen der Spinnwebe mittels Feuerzeugs) noch durch Unterlassen (Nachlässigkeit beim Löschen der Glut) erfüllt, weshalb er freizusprechen sei (Beschwerde, S. 13). Selbst wenn er von der Brennbarkeit hätte ausgehen müssen, habe er nicht damit rechnen müssen, dass das Isolationsmaterial wie ein eigentlicher Brandbeschleuniger wirke (Beschwerde, S. 15). Aus dem Erscheinungsbild der Isolationsmatten lasse sich nichts ableiten. Sowohl die Kokosmatten wie auch zum Beispiel schwer entflammbare Hanffaserdämmwolle sähen wie Stroh aus. Entgegen der Vorinstanz habe er aufgrund seiner persönlichen Verhältnisse, seiner Berufserfahrungen und Kenntnisse aufgrund eines Ferienjobs im Jahre 1992 in einer Schreinerei, die Dachisolationen herstellte, davon ausgehen dürfen und müssen, dass die in Frage stehenden Isolationsmatten nicht oder nur sehr schwer brennbar gewesen seien (Beschwerde, S. 16). Er habe anlässlich der staatsanwaltschaftlichen Befragung geschätzt, dass das Haus aus den 30er-Jahren stamme. Dieses Wissen sei ihm zugerechnet worden, während seine beruflichen Erfahrungen von der Vorinstanz keine Berücksichtigung gefunden hätten. Dies sei willkürlich und verletze Art. 9 BV (Beschwerde, S. 14 f.).
Es könne daher dahingestellt bleiben, ob Spinnweben leicht entzündbar seien oder sich bei Hitze in Luft auflösten. Die Annahme der Vorinstanz, Spinnweben entzündeten sich bei Hitzeexposition in jedem Fall unter Flammenbildung, sei nicht erstellt. Vielmehr löse sich eine Spinnwebe im Normalfall nur auf, ohne selbst Feuer zu fangen (Beschwerde, S. 17).
2.2.2 Der Beschwerdeführer macht zudem ein grobes Drittverschulden geltend, welches den Kausalzusammenhang unterbreche. So sei zu berücksichtigen, dass die Isolationsmatten aus unbehandelten Kokosmatten seit Jahrzehnten nicht mehr verbaut werden dürften. Die Eigentümerschaft hätte im Gegensatz zu ihm von der hohen Brandgefährlichkeit wissen müssen. Sie hätte daher aufgrund von § 12 des Gesetzes über die Feuerpolizei und das Feuerwesen des Kantons Zürich vom 24. September 1978 (LS 861.1) alles Zumutbare vorkehren müssen, um Brandschäden zu verhindern. Dasselbe ergebe sich aus Art. 18 der Brandschutznorm der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen vom 23. März 2003. Zum technischen Brandschutz gehörten gemäss Art. 54 der Brandschutznorm Löscheinrichtungen wie etwa Wasserlöschposten, Handfeuerlöscher, Brandmelde- und Sprinkleranlagen (Beschwerde, S. 17 ff.). Die Eigentümerin wäre zumindest - ungeachtet der Bestandesgarantie des nicht mehr zugelassenen Isolationsmaterials - verpflichtet gewesen, einen Handfeuerlöscher sowie Warnhinweise anzubringen. Auch wenn die Eigentümerschaft (so die Vorinstanz) nicht habe damit rechnen müssen, dass jemand im Dachstock mit offenem Feuer hantiere, ändere dies nichts an ihrer Eigenverantwortung. Die Vorinstanz urteile willkürlich, wenn sie ihm die Brandschutznorm entgegenhalte und die Eigentümerschaft von sämtlichen Verpflichtungen und jeglicher Verantwortung freispreche (Beschwerde, S. 20 f.).
2.2.3 Der Beschwerdeführer verweist weiter auf einen seiner Auffassung nach vergleichbaren Fall, bei dem ein Elektromonteur mit einem ungeeigneten Bohrer eine Holztrennwand durchbohrt habe. Aufgrund der hohen Reibwärme habe sich die aus Kokosfasermatten bestehende Wandisolation entzündet. Das Gericht habe den Elektromonteur freigesprochen, da der adäquate Kausalzusammenhang zwischen dessen Verhalten sowie dem Brand durch die Verwendung des unerlaubten und leicht brennbaren Isolationsmaterials unterbrochen worden sei. Dieser Fall habe sich 1986 ereignet und gelte heute - Jahrzehnte nach dem Verbot der Verwendung unbehandelter Kokosfasermatten - umso mehr, weshalb er wegen groben Drittverschuldens der Eigentümerin freizusprechen sei (Beschwerde, S. 21 f.).
2.2.4 Der Beschwerdeführer macht schliesslich geltend, die eine Dachwohnung sei vor etwa 30 Jahren nachträglich ohne Bewilligung eingebaut worden. Dieses Bauvorhaben sei nicht feuerpolizeilich abgenommen worden, weshalb auch eine Anpassung der Dachisolation an die feuerpolizeilichen Vorgaben unterblieben sei. Der Kausalzusammenhang sei auch deshalb unterbrochen. Im Jahr 2003 hätten weitere Umbauarbeiten im Haus stattgefunden, was eine Begehung der Liegenschaft durch die Beschwerdegegnerin 2 nach sich gezogen habe. Dass es sich hierbei lediglich um eine Gebäudeschätzung gehandelt habe, sei nicht erstellt. Wären die Isolationsmatten als feuergefährlich erkennbar gewesen, hätte die Beschwerdegegnerin 2 auf diesen Umstand, die mangelhafte Beschilderung sowie die fehlenden Feuerlöscher hinweisen müssen. Die Vorinstanz habe diesbezüglich aktenwidrig und willkürlich argumentiert (Beschwerde, S. 23 ff.).
2.3 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat. Die Feststellung des Sachverhalts durch die Vorinstanz kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig, d.h. willkürlich im Sinne von Art. 9 BV ist (BGE 133 II 249 E. 1.2.2), oder wenn sie auf einer Verletzung von schweizerischem Recht im Sinne von Art. 95 BGG beruht (Art. 97 Abs. 1 BGG). Die Rüge der offensichtlich unrichtigen Feststellung des Sachverhalts (Art. 105 Abs. 2 BGG) prüft das Bundesgericht ebenfalls unter den in Art. 106 Abs. 2 BGG vorgegebenen Bedingungen.
2.4 Der Beschwerdeführer, der die Sachverhaltsfeststellungen der Vorinstanz anfechten will, muss substantiiert darlegen, inwiefern die Voraussetzungen einer Ausnahme gemäss Art. 105 Abs. 2 BGG gegeben sind und das Verfahren bei rechtskonformer Ermittlung des Sachverhalts anders ausgegangen wäre. Der Beschwerdeführer kann sich nicht damit begnügen, den bestrittenen Feststellungen eigene tatsächliche Behauptungen gegenüberzustellen oder darzulegen, wie die Beweise seiner Ansicht nach zu würdigen gewesen wären. Vielmehr hat er klar und substantiiert aufzuzeigen, inwiefern die gerügten Feststellungen bzw. die Unterlassung von Feststellungen offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruhen. Auf eine Kritik an den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz, die diesen Anforderungen nicht genügt, ist nicht einzutreten (BGE 133 III 462 E. 2.4).
2.5 Dem Sachgericht steht im Bereich der Beweiswürdigung ein erheblicher Ermessensspielraum zu (Urteil des Bundesgerichts 6B_209/2010 vom 2. Dezember 2010 E. 5.3.3; BGE 120 Ia 31 E. 4b). Das Bundesgericht greift auf Beschwerde hin nur ein, wenn das Sachgericht diesen missbraucht, insbesondere offensichtlich unhaltbare Schlüsse zieht, erhebliche Beweise übersieht oder solche willkürlich ausser Acht lässt (BGE 132 III 209 E. 2.1). Inwiefern das kantonale Gericht sein Ermessen im dargelegten Sinn missbraucht haben soll, ist in der Beschwerde klar und detailliert aufzuzeigen (BGE 130 I 258 E. 1.3). Namentlich genügt es nicht, einzelne Beweise anzuführen, die anders als im angefochtenen Entscheid gewichtet werden sollen, und dem Bundesgericht in appellatorischer Kritik die eigene Auffassung zu unterbreiten, als ob diesem die freie Prüfung aller Tat- und Rechtsfragen zukäme (Urteil 6B_209/2010 vom 2. Dezember 2010 E. 5.3.3).
2.6 Der Beschwerdeführer setzt sich zwar ausführlich mit den Feststellungen der Vorinstanz zum Sachverhalt auseinander, vermag allerdings keine Willkür der vorinstanzlichen Beweiswürdigung aufzuzeigen. Dies betrifft etwa den von ihm geschilderten Fall des freigesprochenen Elektromonteurs, der mit einem ungeeigneten Bohrer eine Holztrennwand durchbohrt und die aus Kokosfasermatten bestehende Wandisolation entzündet hatte. Dieser Fall ist mit dem vorliegenden schon deshalb nicht vergleichbar, weil der Elektromonteur kein Feuer entfacht und das Isolationsmaterial hinter der Wand optisch nicht sichtbar war. Die vom Beschwerdeführer geltend gemachte berufliche Erfahrung, welche die Vorinstanz nicht berücksichtigt habe, kann ihm ebenfalls nicht zum Vorteil gereichen. Vielmehr hätte er im Gegenteil aufgrund seiner Erfahrung wissen müssen, dass sich die früher verwendeten Isolationsmaterialien von den heutigen unterscheiden (hierzu E. 3.3). Unbeheflich ist auch der Hinweis auf die Begehung der Liegenschaft anfangs 2004 durch die Beschwerdegegnerin 2, zumal die Ausführungen der Vorinstanz nicht zu beanstanden sind, wonach zu diesem Zeitpunkt bei der Liegenschaft keine technischen Mängel bestanden, die hätten gerügt werden können und müssen.
3. 3.1.1 Wer fahrlässig zum Schaden eines andern oder unter Herbeiführung einer Gemeingefahr eine Feuersbrunst verursacht, wird mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe bestraft (Art. 222 Abs. 1 StGB). Fahrlässig begeht ein Verbrechen oder Vergehen, wer die Folge seines Verhaltens aus pflichtwidriger Unvorsichtigkeit nicht bedenkt oder darauf nicht Rücksicht nimmt. Pflichtwidrig ist die Unvorsichtigkeit, wenn der Täter die Vorsicht nicht beachtet, zu der er nach den Umständen und nach seinen persönlichen Verhältnissen verpflichtet ist (Art. 12 Abs. 3 StGB). Ein Schuldspruch wegen fahrlässiger Herbeiführung einer Feuersbrunst setzt somit voraus, dass der Täter den Erfolg durch Verletzung einer Sorgfaltspflicht verursacht hat. Sorgfaltswidrig ist ein Verhalten, wenn der Täter zum Zeitpunkt der Tat aufgrund der Umstände sowie seiner Kenntnisse und Fähigkeiten die damit bewirkte Gefährdung der Rechtsgüter des Opfers hätte erkennen können und müssen und wenn er zugleich die Grenzen des erlaubten Risikos überschritten hat. Wo besondere Normen ein bestimmtes Verhalten gebieten, bestimmt sich das Mass der zu beachtenden Sorgfalt in erster Linie nach diesen Vorschriften. Dies schliesst nicht aus, dass der Vorwurf der Fahrlässigkeit auch auf allgemeine Rechtsgrundsätze, wie etwa den allgemeinen Gefahrensatz, gestützt werden kann. Denn einerseits begründet nicht jeder Verstoss gegen eine gesetzliche oder für bestimmte Tätigkeiten allgemein anerkannte Verhaltensnorm den Vorwurf der Fahrlässigkeit, und andererseits kann ein Verhalten sorgfaltswidrig sein, auch wenn nicht gegen eine bestimmte Verhaltensnorm verstossen wurde. Dabei bestimmt sich die Vorsicht durch die konkreten Umstände und die persönlichen Verhältnisse des Täters, weil naturgemäss nicht alle tatsächlichen Gegebenheiten in Vorschriften gefasst werden können (BGE 135 IV 56 E. 2.1 mit Hinweisen).
3.1.2 Im konkreten Fall legt Art. 17 der Brandschutznorm der Vereinigung kantonaler Feuerversicherungen vom 26. März 2003 fest, dass mit Feuer und offenen Flammen, Wärme, Elektrizität und anderen Energiearten, feuer- oder explosionsgefährlichen Stoffen sowie mit Maschinen, Apparaten usw. so umzugehen ist, dass keine Brände oder Explosionen entstehen.
3.1.3 Grundvoraussetzung für eine Sorgfaltspflichtverletzung und mithin für die Fahrlässigkeitshaftung bildet die Vorhersehbarkeit des Erfolgs. Die zum Erfolg führenden Geschehensabläufe müssen für den Beschwerdeführer mindestens in ihren wesentlichen Zügen voraussehbar sein. Es ist daher zu prüfen, ob dieser eine Gefährdung der Rechtsgüter hätte voraussehen beziehungsweise erkennen können und müssen. Zur Beantwortung dieser Frage gilt der Massstab der Adäquanz. Danach muss das Verhalten geeignet sein, nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und der allgemeinen Lebenserfahrung einen Erfolg wie den eingetretenen herbeizuführen oder mindestens zu begünstigen. Dies ist ex ante, d.h. im Zeitpunkt des Handelns, zu beurteilen. Die Adäquanz ist zu verneinen, wenn ganz aussergewöhnliche Umstände, wie das Mitverschulden des Geschädigten beziehungsweise eines Dritten oder Material- oder Konstruktionsfehler, als Mitursache hinzutreten, mit denen schlechthin nicht gerechnet werden musste und die derart schwer wiegen, dass sie als wahrscheinlichste und unmittelbarste Ursache des Erfolgs erscheinen und so alle anderen mitverursachenden Faktoren - namentlich das Verhalten des Beschwerdeführers - in den Hintergrund drängen (BGE 135 IV 56 E. 2.1 und E. 2.2. mit Hinweisen).
3.1.4 Neben der Voraussehbarkeit bildet die Vermeidbarkeit eine weitere Voraussetzung, um ein pflichtwidriges Verhalten des Beschwerdeführers zu bejahen. Dabei wird der hypothetische Kausalverlauf untersucht und geprüft, ob der Erfolg bei pflichtgemässem Verhalten ausgeblieben wäre. Für die Zurechnung des Erfolgs genügt, wenn das Verhalten des Beschwerdeführers mindestens mit einem hohen Grad an Wahrscheinlichkeit die Ursache des Erfolgs bildete (BGE 135 IV 56 E. 2.1 mit Hinweisen).
3.2 Der Beschwerdeführer hätte die Feuersbrunst zweifellos vermeiden können, hätte er darauf verzichtet, die Spinnwebe im Dachstock anzuzünden. Eine plausible Veranlassung hierzu hatte er nicht. Er bringt denn auch lediglich vor, Ekel gegenüber den Spinnweben verspürt zu haben. Andere Massnahmen, wie etwa die Spinnweben mit einem Besen zu entfernen, ergriff er nicht und zog sie nicht einmal in Erwägung. Er bildete damit unbestrittenermassen die Ursache des Dachstockbrandes. Das Anzünden der Spinnweben durch den Beschwerdeführer ist zweifelsohne als unüberlegt und als unnötig einzustufen. Die Sinn- und Zwecklosigkeit einer Handlung darf freilich nicht mit einer Sorgfaltswidrigkeit gleichgesetzt werden. Näher zu untersuchen ist vorliegend, ob der Beschwerdeführer den eingetretenen Erfolg vorausgesehen hat beziehungsweise hätte voraussehen müssen. Die Vorinstanz bejaht dies mit Blick auf das dem Beschwerdeführer bekannte Alter des Dachstocks, sein Wissen um die leichte Entzündbarkeit der "strohähnlichen" Isolationsmatten sowie die leichte Brennbarkeit von Spinnweben. Zudem habe er den Kausalverlauf vom vorsätzlichen Anbrennen der Spinnweben bis zum Dachstockbrand voraussehen müssen.
3.3 Wie die Vorinstanz festhält, durfte der Beschwerdeführer aufgrund des Alters des Dachstockes (Baujahr 1949) nicht auf die schwere Brennbarkeit der verwendeten Dachisolation schliessen. Seine Kenntnisse über die Entflammbarkeit von Dachisolationen, die er bei seiner Tätigkeit in einer Schreinerei im Jahre 1992 erworben hatte, können hieran nichts ändern. Schwer entflammbare Dachisolationen, zunächst insbesondere asbesthaltige Isolationsmaterialien, fanden erst später Verwendung und wurden ab den 80er-Jahren durch asbestfreie Produkte ersetzt. Dem Beschwerdeführer, der schätzte, die Hauserrichtung habe in den 30er-Jahren stattgefunden, musste daher klar sein, dass die von ihm in den 90er-Jahren verarbeiteten Isolationsprodukte nicht bereits 40-50 Jahre vorher Verwendung fanden. Hierauf deutet auch hin, dass er die in Frage stehende Dachisolation als strohähnliche Isolationsmatten beschrieben hat.
3.4 Aufgrund der gesamten Umstände sowie seiner Kenntnisse und Fähigkeiten musste und konnte der Beschwerdeführer den Kausalverlauf zwischen dem vorsätzlichen Anbrennen der Spinnwebe bis zum Dachstockbrand zumindest in seinen wesentlichen Zügen voraussehen, weshalb der Tatbestand der fahrlässigen Verursachung einer Feuersbrunst erfüllt ist.
3.5 Unbehelflich ist sein Vorbringen, dass die Eigentümerschaft des Wohnhauses den Kausalzusammenhang durch grobes Eigenverschulden unterbrochen hat. Zwar hätte der Brand gemäss Vorinstanz mit einem sofort greifbaren Feuerlöscher allenfalls frühzeitig gelöscht werden können. Die Brandschutzrichtlinie über die Löscheinrichtungen der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen vom 26. März 2003 legt in Ziff. 3.1.2 Abs. 1 denn auch fest, dass Löschgeräte so anzuordnen sind, dass ein Brand an jeder Stelle von Bauten und Anlagen bekämpft werden kann. Die Gehweglinie zum nächsten Löschgerät darf dabei nicht mehr als 40 m betragen. Abs. 2 derselben Bestimmung präzisiert, dass in Bereichen mit besonderen Brandgefahren an geeigneten Stellen zusätzliche Löschgeräte zu installieren sind. Indessen ist diese Richtlinie für Altbauten, von hier nicht zutreffenden Ausnahmen abgesehen, nicht anwendbar (Art. 2 Abs. 2 der Richtlinie), weshalb hieraus keine Vorschrift über den Einbau von Brandschutzvorrichtungen abgeleitet werden kann.
Der Verzicht der Hauseigentümerschaft, einen Warnhinweis anzubringen, der etwa das Rauchen untersagt und die Bewohner auf die Gefahr offenen Feuers im Dachstock aufmerksam gemacht hätte, stellt ebenfalls kein grobes Eigenverschulden dar, das den adäquaten Kausalzusammenhang unterbrechen würde. Keinen Unterbruch bewirkt auch der ohne Bewilligung durchgeführte nachträgliche Einbau einer Dachwohnung. Die Vorinstanz führt richtigerweise aus, dass sich der Brandherd am anderen Ende des Daches befand und auch eine allfällige feuerpolizeiliche Sanierungspflicht im Bereich der Dachwohnung nicht das ganze Haus betroffen hätte.
4. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Verfahrensausgang sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Die Beschwerdegegnerin 2 obsiegt mit ihrem Hauptantrag, die Beschwerde sei abzuweisen. Der Beschwerdeführer hat ihr daher eine angemessene Entschädigung zu bezahlen (Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG). Der Beschwerdegegnerin 1 ist keine Entschädigung auszurichten (Art. 68 Abs. 3 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Der Beschwerdeführer hat der Beschwerdegegnerin 2 eine Entschädigung von Fr. 2'000.-- auszurichten.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 12. Mai 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Mathys Keller