Faits:
A. S._ a travaillé comme chef d'équipe auprès de l'entreprise X._ SA depuis 2000. Souffrant d'un carcinome lympho-épithélial du cavum, traité par chimio-radiothérapie, l'assuré a été mis en arrêt de travail total à partir du 26 mars 2007.
N'ayant repris le travail qu'à temps partiel, l'assuré a déposé le 27 mars 2008, une demande de prestations de l'assurance-invalidité. Dans le cadre de l'instruction de cette demande, l'Office cantonal AI du Valais (ci-après: office AI) a recueilli les avis des médecins traitants, les docteurs P._, spécialiste FMH en médecine générale, et O._, médecin-adjoint et spécialiste FMH en radio-oncologie et radiothérapie à l'Hôpital Y._. Il a également mandaté le Centre d'expertise médicale Z._ (CEMed) afin qu'il réalise une expertise pluridisciplinaire. Dans un rapport du 3 février 2010, les docteurs E._, spécialiste FMH en médecine interne, I._, spécialiste FMH en psychiatrie-psychothérapie et U._, spécialiste FMH en neurologie, ont conclu à une pleine capacité de travail dans toute activité excluant le risque de blessure en cas de perte de connaissance soudaine. Sur la base de ces conclusions et après avoir consulté son Service médical régional (avis du 4 mai 2010), l'office AI a informé l'assuré qu'il comptait rejeter sa demande de prestations, au motif que celui-ci disposait d'une pleine capacité de travail dans son ancienne profession, ainsi que dans toute activité qui ne comportait pas de risque de chute ou de blessure en cas de perte de connaissance soudaine liée à des malaises végétatifs (projet de décision du 19 mai 2010). Malgré les objections formulées par l'assuré, à l'appui desquelles il a produit deux avis médicaux, l'un du docteur O._ (du 7 juillet 2010) et l'autre du docteur T._ (du 14 juin 2010), spécialiste FMH en oto-rhino-laryngologie, l'administration a maintenu sa position par décision du 30 septembre 2010, en se référant à un nouvel avis du SMR du 16 septembre 2010.
B. L'assuré a déféré cette décision au Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales; dans ce cadre, il a produit un rapport du 21 octobre 2010 du docteur O._, lequel retient une incapacité de travail totale, ainsi qu'un rapport du docteur P._ du 12 mai 2011. De son côté, l'office AI a fait verser à la procédure deux rapports du SMR des 25 janvier et 29 mars 2011. Statuant le 25 octobre 2011, le Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, a rejeté le recours de l'assuré.
C. S._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Sous suite de dépens, il conclut principalement au renvoi de la cause à l'office AI pour nouvelle décision au sens des considérants, et subsidiairement au renvoi du dossier à cet office pour qu'il mette en place une nouvelle expertise. Il demande que les frais de justice soient mis à la charge du fisc.
Le Tribunal fédéral a renoncé à procéder à un échange d'écritures.
Considérant en droit:
1. Le recours en matière de droit public peut être formé pour violation du droit, tel qu'il est délimité par les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF), sans être limité par les arguments de la partie recourante ou par la motivation de l'autorité précédente. Par exception à ce principe, il ne peut entrer en matière sur la violation d'un droit constitutionnel ou sur une question relevant du droit cantonal ou intercantonal que si le grief a été invoqué et motivé de manière précise par la partie recourante (art. 106 al. 2 LTF). Le Tribunal fédéral n'examine en principe que les griefs invoqués, compte tenu de l'exigence de motivation prévue à l'art. 42 al. 2 LTF, et ne peut aller au-delà des conclusions des parties (art. 107 al. 1 LTF). Il fonde son raisonnement sur les faits retenus par la juridiction de première instance (art. 105 al. 1 LTF) sauf s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF).
2. Compte tenu des motifs et conclusions du recours, le litige porte sur le droit du recourant à un quart de rente d'invalidité et à des mesures d'ordre professionnel. Le jugement attaqué expose correctement les règles légales et les principes jurisprudentiels applicables en l'espèce de sorte qu'il suffit d'y renvoyer.
3. Examinant les différentes pièces médicales, la juridiction cantonale a accordé pleine valeur probante à l'expertise des médecins du CEMed: leur rapport procédait d'une analyse complète de l'ensemble des circonstances ressortant de l'anamnèse et de l'examen clinique du recourant; il ne contenait ni contradictions, ni défauts manifestes et les experts avaient motivé de manière convaincante leurs conclusions, desquelles il ressortait que le recourant disposait d'une capacité de travail entière dans une activité adaptée. Dès lors que les autres rapports médicaux au dossier ne permettaient pas de remettre en cause les conclusions des experts, corroborées par le SMR (cf. rapport du 16 septembre 2010), les juges cantonaux s'y sont ralliés. Sur la base de ces constatations, ils ont rejeté le recours de l'assuré et confirmé la décision litigieuse.
4. 4.1 Invoquant une mauvaise appréciation des preuves, le recourant reproche à la juridiction cantonale et au SMR de n'avoir retenu aucune limitation fonctionnelle et d'avoir fixé la capacité de travail à 100 % dans l'activité habituelle. Les limitations fonctionnelles étant nombreuses et réelles, il convenait, d'après lui, de suivre l'appréciation des docteurs T._, P._ et O._ et de retenir une capacité de travail limitée à 80 % dans une activité adaptée. En tenant compte d'un abattement de 20 % sur le revenu d'invalide en raison de ses nombreuses limitations fonctionnelles, de son âge et de sa nationalité, le taux d'invalidité résultant de la comparaison des revenus déterminants s'élèverait à 43 % et permettrait d'ouvrir le droit à un quart de rente d'invalidité et à des mesures d'ordre professionnel.
4.2 Quoi qu'en dise le recourant, l'appréciation des preuves opérée par les premiers juges n'apparaît pas critiquable. Ils ont exposé de façon circonstanciée les raisons qui les ont conduits à retenir une pleine capacité de travail du recourant sur la base de l'expertise du CEMed et à écarter les conclusions des médecins traitants. Ils ont notamment constaté que les médecins traitants avaient déduit une incapacité de travail sur la base des plaintes du patient, sans pouvoir les relier à une pathologie organique ou des limitations objectivables. En particulier, les rapports du docteur O._ étaient moins fouillés et devaient être appréciés avec la réserve qu'il se doit en raison de sa qualité de médecin traitant. Ils ont par ailleurs considéré à juste titre que l'appréciation du CEMed répondait aux critères dégagés par la jurisprudence qui permettent d'accorder pleine valeur probante à un rapport médical (cf. ATF 125 V 352 consid. 3a); en effet, les conclusions de cette expertise, rendues par un collège de médecins spécialistes, résultaient d'une analyse complète de la situation médicale - objective et subjective - portant aussi bien sur les aspects somatiques que psychiques des troubles allégués et reposaient sur une anamnèse complète contenant une description précise et exhaustive des plaintes et du quotidien du patient.
4.3 Par son argumentation, le recourant, qui ne remet pas explicitement en cause les conclusions des experts du CEMed, tente de tirer argument de la divergence d'opinion, opposant les experts et les docteurs T._, P._ et O._, quant aux limitations fonctionnelles et à la capacité de travail résiduelle. Toutefois, une évaluation médicale complète, comme celle des médecins du CEMed, ne serait être remise en cause pour le seul motif qu'un ou plusieurs médecins ont une opinion divergente. Pour qu'il en aille différemment, il appartient à la partie recourante de mettre en évidence des éléments objectivement vérifiables - de nature notamment clinique ou diagnostique - qui auraient été ignorés dans le cadre de l'appréciation et qui seraient suffisamment pertinents pour remettre en cause le bien-fondé du point de vue sur lequel se sont fondés les premiers juges ou établir le caractère incomplet de celui-ci (arrêt 9C_578/2009 du 29 décembre 2009 consid. 3.2). Compte tenu de son pouvoir d'examen restreint (supra consid. 1), il n'appartient pas au Tribunal fédéral de procéder une nouvelle fois à l'appréciation des preuves administrées, mais à la partie recourante d'établir en quoi celle opérée par l'autorité cantonale serait insoutenable, ou en quoi les faits constatés seraient manifestement inexacts ou incomplets ou auraient été établis en violation du droit.
En l'occurrence, le recourant n'apporte aucun élément objectivement vérifiable, qui aurait été ignoré des premiers juges et qui permettrait de douter des conclusions des médecins du CEMed. Les limitations fonctionnelles qu'il énumère ont été prises en compte et discutées par les experts; ceux-ci ont notamment retenu qu'en ce qui concerne les sensations de tête peu claire, l'impression de fatigue globale, les sifflements et les céphalées, l'ensemble des éléments à disposition ne permettait pas d'objectiver une atteinte structurelle du système nerveux à l'origine des troubles ressentis par le recourant, précisant que c'étaient probablement des facteurs tensionnels qui prédominaient. En affirmant de façon péremptoire qu'au regard des limitations fonctionnelles, nombreuses et réelles, la juridiction cantonale ne pouvait conclure à une pleine capacité de travail dans l'ancienne activité, le recourant ne fait que substituer sa propre appréciation à celle des premiers juges et n'explique pas en quoi le point de vue de ses médecins traitants, qui retiennent une capacité de travail limitée ou nulle, serait objectivement mieux fondé que celui des experts ou justifierait la mise en ?uvre d'une instruction complémentaire.
Sur la base des réponses fournies par les experts et de leurs constatations, il n'apparaissait pas non plus arbitraire de la part des premiers juges d'admettre (implicitement: en entérinant la décision administrative) que le recourant étant encore capable d'exercer son activité habituelle. En effet, à la question de savoir si l'activité exercée jusqu'ici était encore exigible, les experts du CEMed ont clairement répondu "oui à plein temps" en réservant toutefois les risques éventuels de blessures en cas de perte de connaissance soudaine (cf. questions 2.1 et 2.2 p. 18 du rapport d'expertise du 3 février 2010; cf. également question 4.5 p. 19). Les médecins du CEMed ont en outre indiqué qu'un tel risque était très faible, le patient ressentant les prodromes du trouble. A ce propos, on ajoutera que dans son rapport du 16 septembre 2010, le SMR a souligné que les vertiges ne semblaient pas très fréquents et qu'ils étaient précédés de symptômes qui permettraient au recourant de s'asseoir et d'éviter de s'évanouir.
4.4 Par conséquent, dès lors que les arguments du recourant ne sont pas suffisants pour démontrer en quoi la juridiction cantonale aurait procédé à une appréciation arbitraire des preuves ou se serait fondée sur une constatation inexacte des faits pertinents, il y a lieu de retenir à sa suite, que la capacité de travail du recourant dans son ancienne activité était intacte. Dans un tel cas de figure, le taux d'invalidité se confond avec celui de l'incapacité de travail (arrêt 9C_137/2010 du 19 avril 2010), ce qui ne laisse plus de place à la prise en compte d'un éventuel abattement, lequel ne peut s'opérer que si le revenu d'invalide est déterminé au moyen des données statistiques de l'Enquête suisse sur la structure des salaires (ATF 126 V 75 consid. 5b p. 79).
5. Il résulte de ce qui précède que le recours se révèle mal fondé et doit être rejeté.
6. Vu l'issue du litige, le recourant qui succombe supportera les frais judiciaires afférents à la présente procédure et ne peut prétendre une indemnité de dépens (art. 66 al. 1, 1ère phrase, et 68 al. 1 LTF). Contrairement aux conclusions du recourant sur ce point, les conditions permettant de mettre les frais de justice à la charge du canton qui n'est pas partie au procès (cf. art. 66 al. 3 et 68 al. 4 LTF) ne sont pas réalisées en l'occurrence (arrêts 8C_120/2009 du 3 février 2010 consid. 3 et U 305/97 du 19 octobre 1998 consid. 4, in RAMA 1999 no U 331 p. 126).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 13 juin 2012
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Meyer
La Greffière: Reichen