Faits:
A. A._, âgée de 63 ans, et B._ sont depuis 1987 colocataires d'un appartement de 40 mètres carrés sis au premier étage d'un immeuble à M._. A._ l'occupe seule; le loyer est de 500 fr. Conclu pour une durée initiale de cinq ans, le bail est depuis lors renouvelable tacitement d'année en année, sauf résiliation signifiée trois mois avant l'échéance. Le second appartement au même étage a été loué à E._, l'un des deux appartements du second étage à F._. L'immeuble en question comporte en outre des combles inhabitables et des arcades au rez-de-chaussée, lesquelles sont louées par B._ qui y exploite une société de décoration intérieure à l'enseigne K._; A._ travaille au sein de cette société.
Par acte du 16 juin 2008, l'immeuble a été acquis par les futurs époux D._, analyste financier, et C._, avocate inscrite au barreau zurichois et associée gérante de la société G._ Sàrl fondée par son père et domiciliée chez sa mère. Les nouveaux propriétaires prévoyaient de réunir les deux appartements du premier étage en un seul et de l'occuper eux-mêmes, de mettre l'appartement du second étage loué par F._ à disposition de leur soeur, respectivement belle-soeur L._, de transformer les combles en appartement destiné à la location et d'installer les bureaux de G._ Sàrl dans les arcades. Par avis du 20 juin 2008, ils ont résilié le bail de A._ et B._ pour le 31 octobre 2008; simultanément, ils ont résilié les autres baux.
B. B.a Les locataires A._ et B._ ont contesté la résiliation du bail pour l'appartement du premier étage devant la Commission de conciliation en matière de baux et loyers du canton de Genève. Par décision du 15 mai 2009, la Commission a déclaré le congé valable et accordé une unique prolongation jusqu'au 31 décembre 2010.
Le 17 juin 2009, les locataires ont recouru contre cette décision devant le Tribunal des baux et loyers. Elles concluaient à l'annulation de la résiliation, subsidiairement à une prolongation du bail de quatre ans et à la condamnation des nouveaux propriétaires à leur verser 100'000 fr. à titre d'indemnité pour travaux effectués. Par jugement du 3 juin 2010, le Tribunal a déclaré le congé valable, accordé une unique prolongation de bail jusqu'au 30 avril 2011 et rejeté la conclusion en paiement d'une indemnité.
Les locataires ont porté cette décision devant la Chambre d'appel en matière de baux et loyers en prenant les mêmes conclusions qu'en première instance. Statuant par arrêt du 24 janvier 2011, cette autorité a rejeté l'appel et confirmé le jugement attaqué.
B.b E._, qui occupait l'autre appartement du premier étage, a également contesté le congé. Elle a été déboutée par la Commission de conciliation et par le Tribunal des baux et loyers, qui lui a accordé une unique prolongation de bail jusqu'au 30 juin 2010. Elle a quitté l'appartement le 31 juillet 2010 et retiré l'appel qu'elle avait interjeté.
B.c Le 25 mai 2010, la Commission cantonale de recours en matière administrative a rejeté le recours formé notamment par A._ et B._ et a accordé aux propriétaires l'autorisation de construire définitive concernant leur projet de transformation du premier étage et des combles de l'immeuble.
C. Les locataires A._ et B._ interjettent un recours en matière civile auprès du Tribunal fédéral contre l'arrêt de la Chambre d'appel du 24 janvier 2011. Elles concluent principalement à l'annulation de la résiliation, subsidiairement à une prolongation de bail de quatre ans jusqu'au 31 octobre 2012; elles ne reprennent pas leur conclusion en paiement d'une indemnité pour travaux effectués.
Les intimés concluent pour leur part au rejet du recours. L'autorité précédente se réfère à son arrêt.
Par ordonnance du 7 avril 2011, la Présidente de la Cour de céans a accordé l'effet suspensif au recours.
Considérant en droit:
1. Dans les causes de droit du bail à loyer, le recours en matière civile n'est recevable que si la valeur litigieuse s'élève au moins à 15'000 fr. (art. 74 al. 1 let. a LTF). Lorsque le recours est comme en l'espèce dirigé contre une décision finale, sont déterminantes les conclusions restées litigieuses devant l'autorité cantonale de dernière instance (art. 51 al. 1 let. a LTF). En l'espèce, la conclusion principale sur laquelle la Chambre d'appel a statué tendait à l'annulation de la résiliation du bail de durée indéterminée (cf. art. 255 al. 3 CO et ATF 114 II 165 consid. 2b); dans un tel cas, la durée déterminante pour le calcul de la valeur litigieuse ne saurait être inférieure à la période de trois ans pendant laquelle l'art. 271a al. 1 let. e CO consacre l'annulabilité d'une résiliation (cf. ATF 136 III 196 consid. 1.1); eu égard au loyer mensuel de 500 fr., la valeur litigieuse nécessaire est manifestement atteinte. La question de savoir si, à défaut, la conclusion subsidiaire (prolongation de quatre ans et indemnité de 100'000 fr.) pouvait ouvrir la voie du recours en matière civile et, le cas échéant, aussi sur la conclusion principale (cf. art. 53 al. 2 LTF), peut dès lors rester indécise (cf. JEAN-FRANÇOIS POUDRET, Commentaire de la loi fédérale d'organisation judiciaire, 1990, n° 3.2 ad art. 36 OJ).
2. Les recourantes invoquent une violation du droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.). Elles reprochent à la Chambre d'appel de ne pas s'être prononcée sur le caractère urgent du besoin propre des intimés qu'elles avaient pourtant contesté.
2.1 En cas de changement de propriétaire de la chose louée, le nouveau propriétaire peut résilier le bail d'habitations ou de locaux commerciaux en observant le délai de congé légal pour le prochain terme légal, s'il fait valoir un besoin urgent pour lui-même ou ses proches parents ou alliés (art. 261 al. 2 let. a CO). Selon la jurisprudence, le besoin urgent ne présuppose pas une situation de contrainte, voire un état de nécessité; il suffit que, pour des motifs économiques ou pour d'autres raisons, on ne puisse exiger du bailleur qu'il renonce à l'usage de l'objet loué. Le besoin dont il s'agit doit être sérieux, concret et actuel; il l'emporte alors sur l'intérêt du locataire. Quant à l'urgence, elle doit être examinée non seulement dans le temps, mais encore en fonction de son degré; il faut qu'existent des motifs qui revêtent objectivement une certaine importance (ATF 118 II 50 consid. 3; plus récent, ATF 132 III 737 consid. 3.4.3).
Le droit d'être entendu implique notamment pour l'autorité l'obligation de motiver sa décision. Selon la jurisprudence, il suffit que le juge mentionne, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidé et sur lesquels il a fondé sa décision, de manière à ce que l'intéressé puisse se rendre compte de la portée de celle-ci et l'attaquer en connaissance de cause. Il n'a pas l'obligation d'exposer et de discuter tous les faits, moyens de preuve et griefs invoqués par les parties, mais peut au contraire se limiter à ceux qui lui paraissent pertinents (ATF 133 III 439 consid. 3.3).
2.2 La Chambre d'appel n'a pas méconnu l'exigence d'un besoin urgent; elle expose dans le détail la jurisprudence rendue à ce sujet. Puis elle discute la situation des intimés qui se sont mariés en 2009 et en déduit qu'on ne saurait exiger d'eux de renoncer aux locaux en cause. Cette motivation ne prête pas à critique sous l'aspect du droit d'être entendu, ni au demeurant sous celui de l'obligation de motiver prévue par la loi sur le Tribunal fédéral (art. 112 al. 1 let. b LTF). Dans la mesure où la recourante reprocherait à l'autorité précédente ou à la jurisprudence de méconnaître une condition légale, le moyen relèverait du droit.
3. Les recourantes se plaignent de violations de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire (art. 9 Cst.) lors de l'établissement des faits.
3.1 Elles reprochent d'abord à la Chambre d'appel d'avoir totalement occulté le fait que les intimés auraient acheté l'immeuble sans le visiter au préalable. A leur avis, ce fait serait propre à mettre en cause le motif de l'achat donné par les intimés et à démontrer que l'achat procéderait en réalité d'un pur investissement immobilier.
Les intimés ont semble-t-il uniquement visité les combles de l'immeuble; ils allèguent avoir visité l'immeuble voisin identique et avoir disposé des plans. Dans le mémoire de réponse, il est toutefois dit qu'ils auraient effectué une visite de l'immeuble avec un représentant de l'ancien propriétaire, et un passage du procès-verbal du 18 janvier 2010 reproduisant une déclaration de l'administrateur de l'ancien propriétaire est cité entre guillemets comme il suit: "[les intimés] ont visité l'immeuble préalablement à leur achat, en compagnie de M. H._". Or, à lecture du procès-verbal, on constate que le début de la phrase a été retranché. La teneur exacte est: "J'imagine qu'ils ont visité l'immeuble préalablement à leur achat, en compagnie de M. H._". La déclaration a ainsi une tout autre portée. Il sied de relever que tronquer une citation de cette façon est un procédé inadmissible.
Cela étant, le fait que les intimés n'aient pas visité l'entier de l'immeuble avant l'achat n'implique pas qu'ils n'avaient pas l'intention d'y habiter, ce d'autant moins s'ils entendaient de toute façon démolir l'appartement des recourantes et l'appartement voisin pour créer un appartement neuf et plus grand pour eux-mêmes; ils avaient en outre visité l'immeuble voisin. Qu'il ait pu exister une différence de quelques mètres carrés entre les deux bâtiments n'exclut pas encore qu'ils aient été identiques et que la visite de l'un ait suffit à se faire une idée précise de l'autre.
3.2 Les recourantes reprochent en outre à la Chambre d'appel d'avoir constaté que F._ n'avait pas interjeté appel contre le jugement du Tribunal des baux et loyers admettant la validité du congé pour cause de besoin urgent de la soeur de l'intimé; en réalité, F._ aurait interjeté appel et même obtenu gain de cause, la Chambre d'appel ayant le 14 février 2011 nié le besoin personnel urgent et admis l'inefficacité du congé. Cet arrêt, rendu postérieurement à l'arrêt faisant l'objet du présent recours, est un fait nouveau irrecevable (art. 99 al. 1 LTF). Quoi qu'il en soit, le fait de savoir si la soeur de l'intimé avait un besoin urgent de l'appartement de F._ est sans pertinence; la présente procédure porte sur une autre question, à savoir le besoin urgent des intimés eux-mêmes à occuper l'appartement des recourantes.
4. Les recourantes enfin se plaignent d'une violation de l'art. 261 al. 2 let. a CO. Elles contestent un besoin personnel urgent des intimés et, partant, la possibilité d'un congé anticipé.
La critique des recourantes porte pour l'essentiel sur le motif ayant conduit les intimés à acquérir l'immeuble et résilier leur bail; elles soutiennent que le besoin personnel invoqué par les intimés et retenu par l'autorité cantonale n'était qu'un prétexte. Ce faisant, elles s'en prennent à une constatation de fait, ce qu'elles ne sont pas habilitées à faire (art. 105 al. 1 LTF). Dans cette mesure, le grief est irrecevable.
Selon les constatations de l'autorité cantonale, les intimés voulaient se marier, prendre domicile à M._ où l'intimée gérait déjà la société créée par son père, installer cette société au rez-de-chaussée de l'immeuble et habiter le premier étage. Dans ces circonstances, la Chambre d'appel et avant elle le Tribunal des baux et la Commission de conciliation n'ont pas violé le droit fédéral en admettant la résiliation anticipée du bail des recourantes.
5. A titre subsidiaire, les recourantes demandent à ce que la prolongation de bail soit accordée jusqu'au 31 octobre 2012 et pas seulement jusqu'au 30 avril 2011. Faute de toute motivation relative à l'application de l'art. 272b CO, il n'y a pas à entrer en matière (art. 42 LTF; cf. ATF 134 II 244 consid. 2.1).
6. Les recourantes succombent. Elles supportent solidairement les frais judiciaires et les dépens des intimés (art. 66 al. 1 et 5 et art. 68 al. 1, 2 et 4 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 2'000 fr., sont mis à la charge des recourantes, solidairement entre elles.
3. Les recourantes sont condamnées solidairement à verser aux intimés, créanciers solidaires, une indemnité de 2'500 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Chambre d'appel en matière de baux et loyers du canton de Genève.
Lausanne, le 20 mai 2011
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Klett Monti