Faits:
A. Les trois bâtiments contigus sis en ville de X._, Boulevard xxx et Boulevard yyy, sont actuellement la propriété des société B._ SA et SI A._ SA.
Le 9 novembre 1988, environ cinquante personnes se sont introduites dans des logements vides de ces immeubles, pour les occuper. Les représentants des propriétaires ont immédiatement déposé des plaintes pénales et réclamé l'intervention de la police. Le 10 novembre 1988, le Procureur général du canton de Genève a rendu trois ordonnances concernant chacun des bâtiments, invitant la force publique à en expulser tout individu qui s'y trouvait en flagrant délit d'occupation illicite. Le même jour, le Conseil d'Etat a décidé de ne pas mettre en oeuvre la force publique. Les propriétaires des immeubles ont recouru au Tribunal fédéral. Par un arrêt rendu le 8 mai 1991 (cause 1P.624/1989), la Ire Cour de droit public a admis le recours et invité le Conseil d'Etat à exécuter les ordonnances du Procureur général du 10 novembre 1988 (arrêt publié in SJ 1991 p. 602).
Les autorités cantonales n'ont pas donné suite à cet arrêt, en se fondant sur une pratique locale selon laquelle il était en principe renoncé à l'expulsion des occupants illicites (ou squatters) aussi longtemps que les propriétaires de l'immeuble occupé n'étaient pas au bénéfice d'une autorisation de construire ou de transformer. L'inexécution de l'arrêt précité n'a pas fait l'objet d'un recours au Conseil fédéral au sens de l'art. 39 al. 2 de l'ancienne loi fédérale d'organisation judiciaire ([RS 3 521; OJ], abrogée le 31 décembre 2006). En octobre 1996, le représentant des propriétaires a proposé à l'association regroupant les squatters (l'association C._) d'entrer en négociation "pour l'achat de l'un ou des deux immeubles pour une coopérative d'habitation". Cette démarche n'a pas abouti. Donnant suite à une motion adoptée le 4 décembre 1997 par le Grand conseil du canton de Genève, le Conseil d'Etat a invité les propriétaires et les squatters à entrer en négociation. Dans ce cadre, les propriétaires ont formulé diverses offres entre 1999 et 2000, proposant en substance la vente des immeubles aux squatters ou la conclusion d'un bail de longue durée. Ces négociations n'ont pas abouti. Par la suite, de nouvelles négociations ont été tentées, mais ont été abandonnées. Enfin, une dernière offre des propriétaires a été refusée par l'association C._ en octobre 2001. A cette période, l'association a créé dans les immeubles deux établissements publics, soit un café-restaurant et une salle de spectacle, nommés "D._" et "E._". Elle a également fondé une crèche pour ses membres.
B. Les propriétaires des immeubles litigieux ont sollicité une autorisation de construire, qui a été délivrée le 6 mai 2004. Divers occupants ont recouru contre cette décision jusqu'au Tribunal administratif du canton de Genève, qui a rejeté le recours par arrêt du 27 septembre 2005. Le 19 octobre 2005, le Procureur général du canton de Genève a ordonné l'évacuation des immeubles. Certains occupants illicites ont adressé au Tribunal fédéral un recours de droit public contre cette décision. Ce recours a été déclaré irrecevable et la cause a été transmise au Tribunal administratif (arrêt 1P.723/2005 du 16 novembre 2005). Cette autorité a admis le recours par arrêt du 17 janvier 2006. Elle a considéré en substance que les propriétaires des immeubles squattés devaient s'adresser en priorité au juge civil pour obtenir le respect de leurs droits et que l'ordre public n'était plus troublé par l'usurpation, de sorte que l'art. 43 al. 1 let. c de la loi cantonale sur l'organisation judiciaire du 22 novembre 1941 (LOJ; RSG E 2 05) ne constituait pas une base légale adéquate pour l'intervention de la force publique. B._ SA et SI A._ SA ont recouru contre cet arrêt auprès du Tribunal fédéral, qui a rejeté le recours (arrêt 1P.109/2006 du 22 juin 2006, publié in SJ 2007 I p. 41).
C. Par courrier du 14 mai 2007, le chef du Département des constructions et des technologies de l'information (ci-après: le département) a invité B._ SA et SI A._ SA à se déterminer sur le fait que l'autorisation de construire délivrée le 6 mai 2004 n'avait pas été exécutée. Les propriétaires ont répondu que les travaux ne pouvaient être réalisés sans une évacuation des immeubles, qu'ils essayaient en vain d'obtenir depuis des années. Le 24 mai 2007, le chef du département a ordonné aux propriétaires de procéder aux travaux nécessaires pour remédier à l'état de dégradation des immeubles et de " rétablir des conditions d'habitabilité et d'entretien acceptables "; l'ouverture du chantier devait intervenir dans un délai de quarante-cinq jours, sans quoi les travaux seraient exécutés d'office aux frais des propriétaires. B._ SA et SI A._ SA n'ont pu que répéter que les travaux ne pouvaient être réalisés sans que les immeubles ne soient évacués.
Le 11 juillet 2007, le chef du département a écrit à la cheffe de la police du canton de Genève pour solliciter l'assistance des agents de la force publique, en application de l'art. 54 al. 3 de la loi cantonale du 12 septembre 1985 sur la procédure administrative (LPA; RSG E 5 10). Les immeubles litigieux étant toujours occupés, le département ne pouvait pas faire réaliser les travaux nécessaires et demandait l'intervention de la police pour l'exécution de la décision du 24 mai 2007.
Le 23 juillet 2007, les squatters ont été évacués de force par la police. Le lendemain, divers occupants ont recouru contre cette évacuation auprès de la Commission cantonale de recours en matière de constructions, qui a déclaré leur recours irrecevable par décision du 15 octobre 2007. Les intéressés ont recouru contre cette décision auprès du Tribunal administratif, qui a rejeté leur recours par arrêt du 26 août 2008. Le 12 février 2009, le Tribunal fédéral a déclaré irrecevable le recours dirigé contre cet arrêt (cause 1C_453/2008).
D. Le 2 juillet 2008, B._ SA et SI A._ SA ont déposé une demande d'indemnisation pour expropriation matérielle à l'encontre de l'Etat de 14'192'284 fr. 75 auprès de la Commission cantonale de conciliation et d'estimation en matière d'expropriation, devenue depuis lors le Tribunal administratif de première instance. Indépendamment de la légitimité des actes de l'Etat (sursis à l'évacuation ordonnée par le Procureur général par l'instauration de la "pratique genevoise", blocage pendant près de cinq ans de l'autorisation complémentaire de construire en raison de la motion déposée devant le Grand Conseil invitant le Conseil d'Etat à rouvrir les négociations et à surseoir à l'évacuation, alors que les conditions étaient remplies selon la "pratique genevoise", etc.), l'atteinte portée à leur droit de propriété garanti par l'art. 26 Cst. justifiait l'octroi d'une indemnité pleine et entière. La demande d'indemnisation a été rejetée par décision du 22 novembre 2010.
Par arrêt du 10 janvier 2012, la Chambre administrative de la Cour de justice du canton de Genève, laquelle a succédé au Tribunal administratif (ci-après: la Chambre administrative), a rejeté le recours de B._ SA et SI A._ SA contre la décision précitée. Elle a considéré en substance que l'atteinte au droit de propriété des sociétés intéressées n'était pas imputable à l'Etat de Genève. A aucun moment l'Etat n'avait constitué, pour les propriétaires, le dernier obstacle à la récupération de leurs biens.
E. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, B._ SA et SI A._ SA demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du 10 janvier 2012 de la Chambre administrative, subsidiairement de renvoyer la cause à cette autorité pour complément d'instruction. Les recourantes sollicitent en outre plusieurs actes d'instruction. Elles se plaignent d'une constatation incomplète des faits et d'une violation de leur droit d'être entendues ainsi que d'une violation de l'art. 26 Cst. Elles estiment pour l'essentiel que le refus constant et répété des autorités genevoises d'évacuer les squatters, couplé avec la "retenue" des autorisations de construire, a abouti à les priver de l'usage de leur immeubles jusqu'au 23 juillet 2007, date à laquelle les squatters ont été évacués, en l'absence de toute autre possibilité à leur disposition pour récupérer la possession de leurs immeubles.
La Chambre administrative s'en rapporte à justice quant à la recevabilité du recours et persiste dans les considérants et le dispositif de son arrêt. L'Etat de Genève conclut au rejet du recours. Les recourantes n'ont pas répliqué.
Considérant en droit:
1. L'arrêt attaqué constitue une décision cantonale de dernière instance rendue en matière d'indemnisation pour expropriation matérielle au sens de l'art. 26 al. 2 Cst. Il peut faire l'objet d'un recours en matière de droit public selon les art. 82 ss LTF. Les recourantes, qui sont actuellement propriétaires des immeubles sis au Boulevard xxx et au Boulevard yyy, dont elles prétendent qu'ils auraient fait l'objet d'une expropriation matérielle, disposent de la qualité pour recourir en vertu de l'art. 89 al. 1 LTF. Les autres conditions de recevabilité énoncées aux art. 82 ss LTF sont remplies, de sorte qu'il y a lieu d'entrer en matière.
2. Les recourantes requièrent, à titre de mesures d'instruction, l'apport de la procédure A/4047/2005-DIV qui s'est déroulée devant le Tribunal administratif cantonal. Elles demandent aussi que l'Etat de Genève produise une liste complète de tous les dossiers et documents relatifs à l'occupation de leurs immeubles, de 1988 à 2008. Ceci fait, la faculté doit leur être octroyée de solliciter la production de documents et dossiers figurant sur cette liste, puis de compléter leur recours. Il n'y a pas lieu de donner suite à ces demandes, pour autant qu'elles soient pertinentes (cf. consid. 3 ci-dessous), le Tribunal fédéral s'estimant suffisamment renseigné pour statuer en l'état du dossier.
3. Dans un grief d'ordre formel qu'il convient d'examiner en premier lieu, les recourantes se plaignent d'une violation de leur droit d'être entendues, laquelle aurait abouti à une constatation incomplète des faits.
3.1 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Le recourant ne peut critiquer ceux-ci que s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 97 al. 1 LTF), ce qu'il lui appartient d'exposer et de démontrer de manière claire et circonstanciée. La correction du vice soulevé doit en outre être susceptible d'influer sur le sort de la cause (art. 97 al. 1 LTF).
Le droit d'être entendu garanti à l'art. 29 al. 2 Cst. comprend notamment celui de faire administrer les preuves pour autant que celles-ci soient requises dans les formes prévues par le droit cantonal et qu'elles apparaissent utiles à l'établissement des faits pertinents (ATF 129 II 497 consid. 2.2 p. 504; 127 I 54 consid. 2b p. 56; 126 I 97 consid. 2b p. 102). L'autorité de décision peut donc se livrer à une appréciation anticipée de la pertinence du fait à prouver et de l'utilité du moyen de preuve offert et, sur cette base, refuser de l'administrer. Ce refus ne viole le droit d'être entendu que si l'appréciation à laquelle elle a ainsi procédé est entachée d'arbitraire (ATF 131 I 153 consid. 3 p. 157 et les arrêts cités; sur la notion d'arbitraire, voir ATF 132 I 13 consid. 5.1 p. 17).
3.2 En l'espèce, les juges cantonaux ont relevé que les quelque 1'500 pièces versées à la procédure permettaient de retracer avec précision les événements et de disposer de tous les éléments pertinents pour statuer sur un éventuel cas d'expropriation matérielle. Il n'y avait dès lors pas lieu d'ordonner la production de pièces supplémentaires.
Les recourantes font valoir que divers services seraient en possession de dossiers dont l'Etat tairait l'existence et chercherait à éviter la communication. Il s'agirait notamment des dossiers du service de sécurité civile pour déterminer la dangerosité de l'immeuble, du service cantonal des eaux (pour les contrôles périodiques réalisés pour la pollution des sols et les contrôles de citernes à mazout), du service des autorisations et des patentes (compte tenu des deux établissements ouverts au public sans autorisation) et du dossier de police, lequel relaterait l'interaction permanente de la police avec les squatters, qu'il s'agisse des questions de sécurité, d'hygiène, de trafic de drogue ou autres. En l'absence de ces dossiers, la Chambre administrative n'avait pu appréhender la multiplicité des rapports entre les autorités pénales et les squatters, ni mesurer l'assistance apportée par l'Etat à l'occupation des immeubles dont ils assuraient la sécurité et la survie économique en contrôlant les installations et en rendant possible l'exploitation des établissements publics qui s'y trouvaient.
Les recourantes n'expliquent toutefois pas en quoi le refus de la cour cantonale d'administrer ces offres de preuve serait constitutif d'arbitraire. En tout état de cause, il apparaît que les mesures d'instruction sollicitées n'étaient pas pertinentes. Les faits principaux susmentionnés ressortent en effet de l'arrêt attaqué; on ne voit pas en quoi des détails y relatifs auraient permis de mieux cerner les relations entre l'Etat de Genève et les squatters, ou d'appréhender différemment le déroulement des événements relatés avec minutie dans l'arrêt cantonal, et ainsi d'influer sur le sort de la cause. La Chambre administrative pouvait donc, sans violer le droit d'être entendues des recourantes, renoncer à requérir les dossiers susmentionnés, pour autant qu'ils existent. Leur édition n'aurait pas permis de compléter les constatations de fait déterminantes pour l'issue du litige. Les recourantes allèguent dès lors en vain que la cour cantonale s'est basée sur un état de fait incomplet. Le Tribunal fédéral est par conséquent lié par les faits retenus dans l'arrêt attaqué conformément à l'art. 105 al. 1 LTF.
Mal fondé, le recours doit être rejeté sur ce point.
4. Au fond, les recourantes invoquent la garantie de la propriété régie par l'art. 26 Cst. Elles considèrent que la restriction à l'usage de la propriété qu'elles ont subie pendant l'occupation de leurs immeubles par les squatters est constitutive d'une expropriation matérielle.
4.1 Aux termes de l'art. 26 Cst., la propriété est garantie (al. 1). Une pleine indemnité est due en cas d'expropriation ou de restriction de la propriété qui équivaut à une expropriation (al. 2).
Selon la jurisprudence, il y a expropriation matérielle au sens de l'art. 26 al. 2 Cst. lorsque l'usage actuel d'une chose ou son usage futur prévisible est interdit ou restreint de manière particulièrement grave, de sorte que l'intéressé se trouve privé d'un attribut essentiel de son droit de propriété. Une atteinte de moindre importance peut aussi constituer une expropriation matérielle si elle frappe un ou plusieurs propriétaires d'une manière telle que, s'ils n'étaient pas indemnisés, ils devraient supporter un sacrifice par trop considérable en faveur de la collectivité, incompatible avec le principe de l'égalité de traitement (ATF 131 II 151 consid. 2.1 p. 155; 125 II 431 consid. 3a p. 433 et les arrêts cités).
4.2 En l'espèce, il n'est pas contesté que l'atteinte portée à la propriété des recourantes par l'occupation totale de leurs immeubles pendant dix-neuf ans, sans contrepartie d'aucun loyer, est grave au sens de l'art. 26 al. 2 Cst. et de la jurisprudence (cf. ATF 119 Ia 348).
5. L'expropriation matérielle étant un cas de responsabilité de la collectivité publique pour ses actes licites, elle suppose que la restriction à la propriété soit imputable à l'Etat, à savoir qu'elle découle d'un ou de plusieurs actes de puissance publique (cf. PIERMARCO ZEN-RUFFINEN/ CHRISTINE GUY-ECABERT, Aménagement du territoire, construction, expropriation, 2001, ch. 1389 p. 579 s., MAYA HERTIG RANDALL, L'expropriation matérielle, in "La maîtrise publique du sol: expropriation formelle et matérielle, préemption, contrôle du prix", 2009, p. 115; THIERRY TANQUEREL, La responsabilité de l'Etat pour acte licite, in La responsabilité de l'Etat, 2012, p. 86). Si l'atteinte est le fait de tiers, elle n'est en effet pas régie par le droit de l'expropriation, mais par les dispositions de droit civil et pénal. De même, si le lésé se plaint d'actes illicites de l'Etat, il doit agir par la voie de l'action en responsabilité de l'Etat à l'encontre de celui-ci.
En l'occurrence, les recourantes soutiennent que l'Etat, en refusant d'évacuer les occupants illicites tant qu'elles n'étaient pas au bénéfice d'une autorisation de construire, les a mises délibérément dans l'impossibilité d'exercer leur droit de propriété. Elles affirment également que la durée de l'occupation n'a été rendue possible que par les initiatives décidées par l'Etat de Genève. Se plaignant en résumé de ce que l'Etat aurait favorisé et encouragé l'occupation illégale de leurs immeubles, elles estiment choquant que celui-ci "échappe à toute responsabilité" au motif qu'elles auraient pu saisir le juge civil pour expulser les squatters.
Ainsi, les recourantes allèguent qu'elles ont été atteintes illicitement dans leur droit de propriété sur leurs immeubles et que l'Etat aurait favorisé les actes illicites des squatters. Elles ne font en revanche pas valoir que l'Etat aurait restreint leur droit de propriété par des actes fondés sur la loi, par exemple la législation cantonale sur le droit de l'aménagement du territoire ou des constructions, voire la loi cantonale sur les démolitions, transformations et rénovation de maisons d'habitation (LDTR). Cela étant, les griefs invoqués relèvent, cas échéant, d'une éventuelle responsabilité de l'Etat pour ses actes illicites et ne sauraient manifestement pas fonder une requête en indemnisation pour expropriation matérielle, qui est l'objet exclusif de la présente procédure.
Les conditions d'une expropriation matérielle n'étant manifestement pas réalisées, le recours doit être rejeté. Il n'y a par conséquent pas lieu d'examiner le dommage que les recourantes prétendent avoir subi, ni de vérifier la question de la prescription.
6. Les considérants qui précèdent conduisent au rejet du recours, aux frais des recourantes qui succombent (art. 65 et 66 al. 1 et 5 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 5'000 fr., sont mis à la charge des recourantes, solidairement entre elles.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties et à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre administrative.
Lausanne, le 12 juillet 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Mabillard