Faits:
A. Victime d'un accident de la circulation le 23 janvier 2002, lors duquel elle a été renversée par un automobiliste, G._, née en 1959, a été traitée pour une fracture trifocale de la jambe droite et une fracture bitubérositaire du plateau tibial gauche. En raison des troubles post-traumatiques, elle a déposé le 26 août 2003 une demande de prestations de l'assurance-invalidité. Mère de trois enfants (nés en 1987, 1990 et 1992) et sans formation professionnelle, l'assurée n'exerçait pas d'activité lucrative.
Dans le cadre de l'instruction, l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après : office AI) a recueilli l'avis des médecins traitants, dont celui du docteur D._, spécialiste FMH en médecine interne et en maladie rhumatismale. Dans un rapport du 26 février 2004, ce médecin a constaté une diminution de rendement d'au moins 50 % dans les tâches ménagères au regard des limitations fonctionnelles qu'il retenait (position assise de 5 heures par jour au maximum, position debout 1⁄2 heure par jour, même position du corps limitée à 2 heures par jour, port de charges maximum de 5 kg, parcours à pied de 500 mètres par jour, pas de position à genoux ou accroupies, pas d'utilisation des deux bras/mains, pas de déplacements sur sol irrégulier ou en pente). L'enquête économique sur le ménage a révélé une incapacité de 55,75 % dans les activités habituelles de l'assurée (rapport du 10 novembre 2004). Une expertise pluridisciplinaire a été confiée au Centre X._, d'où il ressortait que l'intéressée, qui avait entre-temps subi une arthroplastie totale du genou gauche, pouvait exercer un travail sédentaire avec de petits déplacements et sans port de charge (rapports des 16 février 2006 et 26 mai 2006).
Le 26 février 2008, annulant un premier projet de décision du 10 août 2006, l'office AI a rendu un deuxième projet de rente, que l'assurée a contesté; à cet effet, elle a produit un rapport du 22 février 2008 du docteur C._, médecin adjoint au service d'orthopédie et traumatologie de l'Hôpital Y._, qui mettait en évidence une fracture lente au genou droit impliquant une marche avec deux cannes anglaises. L'office AI a alors mandaté le docteur S._ du Service médical régional AI (SMR), spécialiste FMH en chirurgie orthopédique et traumatologie de l'appareil locomoteur, pour qu'il effectue un examen clinique orthopédique. Constatant que l'intéressée pouvait exercer un travail assis, sans port de charges avec de courts déplacements, sans travaux penchée en avant ou en porte-à-faux, sans position accroupie ou à genoux, en évitant les escaliers, les positions debout statiques, les marches à plat de plus de 10 minutes, ce médecin a fait état d'une capacité de travail exigible de 50 % dans l'activité habituelle et de 75 % dans une activité adaptée (rapport du 10 décembre 2009).
Par décision du 29 mars 2010, l'office AI a alloué à l'assurée une demi-rente d'invalidité du 1er janvier 2003 au 30 juin 2005, puis une rente entière du 1er juillet au 30 novembre 2005, et à nouveau une demi-rente dès le 1er décembre 2005, calculée sur la base d'un taux d'invalidité de 56 % à compter de cette date.
B. L'assurée a déféré cette décision au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales; dans ce cadre, elle a produit un rapport du 27 septembre 2010 du professeur F._, chef de service auprès du département de chirurgie de l'Hôpital Z._. Le Tribunal cantonal l'a déboutée par jugement du 7 mars 2011.
C. G._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement dont elle demande, sous suite de frais et dépens, la réforme en ce sens que lui soit reconnu le droit à une rente entière d'invalidité, subsidiairement le droit à un trois quarts de rente, sur la base d'un taux d'invalidité d'au moins 75 %, respectivement 60 %, les rentes complémentaires pour enfant devant être adaptées avec effet rétroactif.
L'office AI conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. Le recours en matière de droit public (art. 82 ss LTF) peut être formé pour violation du droit au sens des art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF), n'examine en principe que les griefs invoqués (art. 42 al. 2 LTF) et 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 auquel cas il peut les rectifier ou les compléter d'office (art. 105 al. 2 LTF).
2. Le présent litige porte sur le droit de la recourante à une rente d'invalidité supérieure à une demi-rente pour la période du 1er janvier 2003 au 30 juin 2005 et à compter du 1er décembre 2005. Le jugement entrepris expose correctement les règles légales et la jurisprudence qui sont applicables, si bien qu'il suffit d'y renvoyer.
3. Invoquant une péjoration de son état de santé depuis l'enquête économique sur le ménage réalisée en 2004, la recourante reproche à la juridiction cantonale d'avoir apprécié arbitrairement les preuves en suivant les conclusions de cette enquête. D'après elle, les premiers juges n'auraient pas dû se rallier à l'opinion du docteur S._; ce médecin n'aurait en effet pas tenu compte du fait qu'elle devait désormais se déplacer avec deux cannes, ni qu'elle présentait une fracture lente depuis février 2008. Dans ce sens, la violation du droit d'être entendu qu'elle invoque également, n'a pas de portée propre par rapport au grief tiré d'une appréciation arbitraire des preuves. Toujours selon la recourante, il conviendrait de suivre les conclusions du professeur F._, selon lesquelles son incapacité serait totale dans tous les travaux ménagers, excepté pour la préparation des aliments où sa capacité serait de 25 %.
4. 4.1 L'appréciation des preuves est arbitraire lorsqu'elle est manifestement insoutenable, en contradiction avec le dossier, ou contraire au sens de la justice et de l'équité (ATF 120 Ia 31 consid. 4b p. 40, 118 Ia 28 consid. 1b p. 30) ou lorsque l'autorité ne tient pas compte, sans raison sérieuse, d'un élément propre à modifier la décision, se trompe sur le sens et la portée de celui-ci ou, se fondant sur les éléments recueillis, en tire des constatations insoutenables (ATF 129 I 8 consid. 2.1 p. 9, 127 I 38 consid. 2a p. 41).
4.2 Après avoir examiné de façon circonstanciée l'ensemble des preuves disponibles, les premiers juges ont motivé leur décision de suivre les conclusions de l'enquête ménagère, que le rapport du docteur S._ avait confirmées, au détriment de l'évaluation du professeur F._. Selon les constatations de la juridiction cantonale, les limitations fonctionnelles décrites par le docteur D._ sur lesquelles se basait l'enquête ménagère étaient similaires à celles des experts du Centre X._, des docteurs O._ (rapport du 19 juin 2006) et S._. De son côté, le professeur F._ n'avait fait ressortir aucune modification de l'état de santé de la recourante qui aurait été ignorée par le docteur S._, hormis l'apparition d'une callosité au 1er métatarsien gauche, qui n'avait entraîné aucune nouvelle limitation fonctionnelle; l'avis de celui-ci ne constituait dès lors qu'une appréciation différente d'une même situation. Les taux d'empêchements fixés par l'enquêtrice pour les différents postes (70 % alimentation; 90 % entretien du logement; 25 % emplettes et courses diverses; 60 % lessive et entretien des vêtements; 10 % soins aux enfants ou aux autres membres de la famille; 50 % divers) n'étant pas critiquables, la décision de l'office AI, fondée sur l'enquête ménagère, le rapport du docteur S._ et l'avis du SMR du 5 janvier 2010, était donc conforme au droit fédéral et devait être confirmée.
4.3 L'appréciation des preuves à laquelle se sont livrés les premiers juges n'apparaît pas arbitraire. Il ressort en effet du dossier médical de la recourante (cf. avis du SMR du 5 janvier 2010) que les aggravations de son état de santé n'ont été que passagères, sans entraîner de modifications durables dans l'exigibilité de sa capacité de travail ou à exercer ses activités habituelles. Si les limitations fonctionnelles constatées par les docteurs D._ et S._ ne correspondaient pas en tous points à celles retenues par les docteurs B._ (rapport du 12 janvier 2007) et L._ (rapport du 17 septembre 2009), ces différences n'étaient pas suffisamment importantes pour remettre en cause les résultats de l'enquête ménagère.
4.4 C'est en vain que la recourante tente de tirer argument de la divergence d'opinion existant entre le professeur F._ et le docteur S._. En effet, le médecin du SMR a pris en compte la fracture lente au tibia droit et le besoin de la recourante de se déplacer avec deux cannes anglaises, posant les limitations fonctionnelles en conséquence. Il a ainsi relevé que l'intéressée pouvait marcher sans canne pendant 5 à 10 minutes et pendant 20 minutes avec deux cannes, ce qui ne contredit pas les indications données par le professeur F._, selon lesquelles l'assurée avait besoin de ses cannes surtout à l'extérieur de chez elle. Une évaluation médicale complète et approfondie, telle que celle du docteur S._, ne saurait être remise en cause au seul motif qu'un ou plusieurs médecins ont une opinion divergente. Il ne peut en aller différemment que si ceux-ci font état d'éléments objectivement vérifiables qui auraient été ignorés dans le cadre de l'examen médical et qui seraient suffisamment pertinents pour en remettre en cause les conclusions. Tel n'est pas le cas en l'espèce (cf. supra consid. 4.1). Contrairement à ce que soutient la recourante, on ne voit pas très bien quelles seraient les données médicales qui auraient été oubliées par le docteur S._, celui-ci ayant procédé à une anamnèse complète, faisant également état des dernières affections de la recourante, dont la proximalisation de la tubérosité du tibia gauche du 16 avril 2009. Ainsi, au regard des limitations fonctionnelles constatées par ce médecin et compte tenu du fait que la recourante recevait encore l'aide de son mari et de ses deux filles, il n'apparaît pas arbitraire d'avoir retenu de la part des premiers juges que l'assurée était encore capable de réaliser les tâches qui lui avaient été dévolues lors de l'enquête de 2004 (voir notamment les remarques de l'enquêtrice à leur sujet) et ce, malgré la nécessité d'utiliser deux cannes anglaises pour ses déplacements. La reconnaissance d'un empêchement de 56 % (55,75 %) dans les activités ménagères tient compte sans arbitraire des handicaps qui existent incontestablement. Le refus d'octroyer le droit à une rente supérieure à une demi-rente d'invalidité (à compter du 1er décembre 2005) ne viole pas le droit fédéral.
5. Au vu de ce qui précède, le recours se révèle mal fondé et doit être rejeté. La recourante qui succombe supportera les frais judiciaires afférents à la présente procédure et ne peut prétendre de dépens (art. 66 al. 1, 1ère phrase, et 68 al. 1 LTF).
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 de la recourante.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 12 décembre 2011
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Meyer
La Greffière: Reichen