Sachverhalt:
A. X._ (geb. xxxx 1966) und Z._ (geb. xxxx 1966) heirateten am xxxx 1993. Sie sind die Eltern der Kinder S._ (geb. xxxx 1993), T._ (geb. xxxx 1996) und U._ (geb. xxxx 1997).
Mit Urteil des Bezirksgerichts der Sense vom 11. März 2004 wurde die Ehe auf gemeinsames Begehren hin geschieden und die am 28. August 2003 geschlossene Vereinbarung betreffend die Nebenfolgen genehmigt. Den Eltern wurde das gemeinsame Sorgerecht über die drei Kinder mit einem Betreuungsanteil von je 50% übertragen. Ausserdem wurde in Ziff. 2.2 unter anderem der Kinderunterhalt geregelt; auf die Zusprache von Ehegattenunterhalt wurde verzichtet.
Am 3. Dezember 2009 leitete X._ vor dem Bezirksgericht der Sense ein Verfahren auf Abänderung des Scheidungsurteils ein. In Abänderung der vorgenannten Ziffer 2.2 des ursprünglichen Scheidungsurteils habe der Vater - rückwirkend ab 1. Januar 2009 - an den Unterhalt der Kinder bis zum vollendeten 14. Altersjahr Fr. 500.--, bis zum vollendeten 16. Altersjahr Fr. 550.-- und bis zum Abschluss einer ordentlichen Ausbildung Fr. 600.-- zu bezahlen. Allfällige Kinder-, Arbeitgeber- und Familienzulagen seien zusätzlich zu entrichten.
Mit Urteil vom 16. November 2010 verpflichtete das Bezirksgericht Sense Z._, soweit vorliegend relevant, rückwirkend ab dem 1. Februar 2009 im beantragten Umfang Kinderunterhalt zu leisten (Urteilsdispositiv-Ziffer 1a). Sodann entband es ihn mit der Zahlung dieser Unterhaltsbeiträge von jeglichen weiteren finanziellen Verpflichtungen seinen Kindern gegenüber, unter Vorbehalt der die Kinder betreffenden Kosten (Kost, Logis, Ferien), welche anfallen, wenn sie sich bei ihm aufhalten (Urteilsdispositiv-Ziffer 1d). Des Weiteren gelte es, die vom Ehemann zwischen dem 1. Februar 2009 bis heute für die Kinder geleisteten Krankenkassenprämien an die gemäss Urteil (vom 16. November 2010) geschuldeten Unterhaltsbeiträge anzurechnen (Urteilsdispositiv-Ziffer 2). Ansonsten bleibe das ursprüngliche Scheidungsurteil unverändert gültig. Weitergehende Rechtsbegehren der Parteien wies das Bezirksgericht ab (Urteilsdispositiv-Ziffer 3) und auferlegte die Gerichts- sowie die Parteikosten X._ zu einem Drittel, Z._ zu zwei Dritteln (Urteilsdispositiv-Ziffer 4).
B. Gegen dieses Urteil erhob X._ Berufung und Z._ Anschlussberufung an das Kantonsgericht Freiburg.
Mit Urteil vom 28. Juni 2011 wies dieses die Berufung ab und trat auf die Anschlussberufung nicht ein.
C. Gegen dieses Urteil gelangt Z._ (nachfolgend: Beschwerdeführer) mit Beschwerde in Zivilsachen vom 2. September 2011 an das Bundesgericht. X._ hat ebenfalls Beschwerde erhoben (s. Verfahren 5A_580/2011).
Der Beschwerdeführer verlangt in der Hauptsache die "Annullierung" des angefochtenen Urteils verbunden mit der Rückweisung zu neuer Entscheidung im Sinne seiner Erwägungen. Subsidiär verlangt er die Abweisung der Abänderungsklage.
Es wurden die Akten, in der Sache aber keine Vernehmlassung eingeholt.
Erwägungen:
1. Angefochten ist ein kantonal letztinstanzlicher Endentscheid in einer vermögensrechtlichen Zivilsache. Der Streitwert übersteigt Fr. 30'000.--. Die Beschwerde in Zivilsachen ist somit im Grundsatz zulässig (Art. 51 Abs. 4 Satz 2, Art. 72 Abs. 1, Art. 74 Abs. 1 lit. b, Art. 75 Abs. 1 und Art. 90 BGG).
2. 2.1 Das erstinstanzliche Urteil erging am 16. November 2010 und wurde noch im Jahr 2010 versandt (zur Relevanz des Versanddatums vgl. BGE 137 III 130 E. 2 S. 132). Folglich bestimmt sich das gegen das erstinstanzliche Abänderungsurteil zulässige Rechtsmittel noch nach der ZPO/FR (Art. 405 Abs. 1 ZPO). Für das Verfahren vor der Rechtsmittelinstanz ist naturgemäss ebenfalls die ZPO/FR anwendbar (Art. 404 Abs. 1 ZPO).
2.2 Die Anwendung des kantonalen Zivilprozessrechts kann nicht direkt bzw. mit voller Kognition, sondern einzig auf Willkür, d.h. auf eine Verletzung von Art. 9 BV hin geprüft werden (BGE 134 II 349 E. 3 S. 351), was - wie im Übrigen generell bei der Geltendmachung von Verfassungsverletzungen - entsprechend substanziierte Rügen voraussetzt (Art. 106 Abs. 2 BGG). Danach ist im Einzelnen darzulegen, inwiefern das kantonale Gericht willkürlich entschieden haben soll und der angefochtene Entscheid deshalb an einem qualifizierten und offensichtlichen Mangel leidet (BGE 134 II 244 E. 2.2 S. 246). Nach der bundesgerichtlichen Praxis liegt Willkür nicht schon vor, wenn eine andere Lösung ebenfalls vertretbar erscheint oder sogar vorzuziehen wäre (BGE 132 I 175 E. 1.2 S. 177; BGE 131 I 467 E. 3.1 S. 473 f.; je mit Hinweisen), sondern nur, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft. Schliesslich hebt das Bundesgericht einen Entscheid nur auf, wenn nicht bloss die Begründung, sondern auch das Ergebnis unhaltbar ist (BGE 134 I 140 E. 5.4 S. 148 mit Hinweisen).
2.3 Die Vorinstanz ist auf die Anschlussberufung des Beschwerdeführers nicht eingetreten. Sie begründete dies damit, dass nicht substanziiert dargetan wurde, warum die erste Instanz zu Unrecht angenommen habe, die Beibehaltung des 65% Pensums der Beschwerdegegnerin sei sachgerecht. Der Beschwerdeführer habe sich nicht mit der Begründung des erstinstanzlichen Entscheids auseinandergesetzt und sich darauf beschränkt, seine vor erster Instanz vorgebrachten Argumente zu wiederholen.
Vor Bundesgericht rügt der Beschwerdeführer diese vorinstanzliche Beurteilung als willkürlich, indem er ausführt, was er bereits vor dem Kantonsgericht dargelegt habe. Er zeigt aber nicht auf, inwiefern er sich bereits vor der Vorinstanz und entgegen dem vorinstanzlichen Befund in einer dem kantonalen Verfahrensrecht genügenden Weise konkret mit den erstinstanzlichen Erwägungen auseinandergesetzt hat. Damit lässt sich keine Willkür dartun. Der Beschwerdeführer kommt den qualifizierten Begründungsanforderungen gemäss Art. 106 Abs. 2 BGG nicht nach (s. oben E. 2.2). Auf die Beschwerde ist nicht einzutreten.
3. Bei diesem Verfahrensausgang wird der Beschwerdeführer kostenpflichtig (Art. 66 Abs. 1 BGG). Der Beschwerdegegnerin ist kein entschädigungspflichtiger Aufwand entstanden (Art. 68 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Auf die Beschwerde wird nicht eingetreten.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 1'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Kantonsgericht Freiburg, I. Zivilappellationshof, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 9. März 2012
Im Namen der II. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Hohl
Der Gerichtsschreiber: Schwander