Das Bundesgericht zieht in Erwägung:
1. X._ verschaffte sich zusammen mit A._ am 28. April 2007, um ca. 04.50 Uhr, mittels eines zuvor beschafften Schlüssels maskiert Zugang zum Haus von B._ in St. Niklausen, wo sie diesen im Schlaf überraschten. Sie schüchterten ihn mit vorgehaltenen Pistolen ein, fesselten seine Hände mit Klebeband, klebten ihm den Mund zu und verlangten Geld. In der Folge zwangen sie ihn unter Waffengewalt, den im Untergeschoss befindlichen Tresor zu öffnen. Sie behändigten Fr. 45'000.-- sowie in der Wohnung zwei Funktelefone und eine Digitalkamera. Darauf sperrten sie den nackten B._ in die Toilette im Obergeschoss und verliessen das Haus.
Das Kriminalgericht des Kantons Luzern sprach X._ am 4. November 2010 des bewaffneten Raubes nach Art. 140 Ziff. 2 StGB sowie (in anderem Zusammenhang) des Hausfriedensbruchs nach Art. 186 StGB schuldig und verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von drei Jahren, wovon für 18 Monate bei einer Probezeit von zwei Jahren der bedingte Vollzug gewährt wurde.
Dagegen appellierten sowohl X._ als auch die Staatsanwaltschaft des Kantons Luzern.
Das Obergericht des Kantons Luzern sprach X._ am 14. Juli 2011 des einfachen Raubes nach Art. 140 Ziff. 1 StGB und des Hausfriedensbruchs nach Art. 186 StGB schuldig. Das Strafmass wurde bestätigt.
X._ beantragt vor Bundesgericht, es sei auf ein Strafmass von 24 Monaten zu erkennen, unter Gewährung des bedingten Strafvollzuges für die gesamte Strafe bei einer Probezeit von vier Jahren.
2. 2.1 Gemäss Art. 47 Abs. 1 StGB misst das Gericht die Strafe nach dem Verschulden des Täters zu. Es berücksichtigt das Vorleben, die persönlichen Verhältnisse und die Wirkung der Strafe auf das Leben des Täters. Die Bewertung des Verschuldens richtet sich gemäss Abs. 2 derselben Bestimmung nach der Schwere der Verletzung oder der Gefährdung des betroffenen Rechtsguts, nach der Verwerflichkeit des Handelns, den Beweggründen und Zielen des Täters sowie danach, wie weit er nach den innern und äussern Umständen in der Lage war, die Gefährdung oder Verletzung zu vermeiden. Es liegt im Ermessen des Sachgerichts, in welchem Umfang es den verschiedenen Strafzumessungsfaktoren Rechnung trägt. Das Bundesgericht greift nur ein, wenn die Vorinstanz den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn sie von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. in Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch gewichtet hat. Nach Art. 50 StGB hat der Richter, sofern er sein Urteil zu begründen hat, die für die Zumessung der Strafe erheblichen Umstände und deren Gewichtung festzuhalten. Diese nunmehr gesetzlich festgeschriebene Begründungspflicht entspricht der Rechtsprechung des Bundesgerichts zum alten Recht, wonach der Richter die Überlegungen, die er bei der Bemessung der Strafe vorgenommen hat, in den Grundzügen wiedergeben muss, so dass die Strafzumessung nachvollziehbar ist. Besonders hohe Anforderungen an die Begründung der Strafzumessung werden unter anderem gestellt, wenn die ausgesprochene Strafe ungewöhnlich hoch oder auffallend milde ist (BGE 134 IV 17 E. 2.1 mit Hinweisen).
2.2 In Anwendung von Art. 109 Abs. 3 BGG kann auf die Ausführungen der Vorinstanz verwiesen werden (vgl. angefochtenen Entscheid S. 12-16 mit Hinweisen auf das Urteil des Kriminalgerichts).
2.3 Der Beschwerdeführer rügt als Verletzung von Art. 47 StGB, die Vorinstanz befasse sich nicht mit den Auswirkungen der Strafe auf ihn (Beschwerde Ziff. 8). Es trifft zwar zu, dass sich die Vorinstanz zur Strafempfindlichkeit des Beschwerdeführers nicht äussert. Indessen sind die von ihm erwähnten Einschränkungen und Veränderungen im Familien- und Berufsleben zwangsläufige Auswirkungen eines unbedingten Freiheitsentzugs und schliessen dessen Anordnung nicht aus. Inwieweit in seinem speziellen Falle etwas anderes gelten sollte, ist nicht ersichtlich.
2.4 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Vorinstanz habe weder die besonderen Umstände seines im Laufe des Appellationsverfahrens abgelegten Geständnisses noch die gezeigte Reue berücksichtigt (Beschwerde Ziff. 9). Die Vorinstanz stellt fest, das kurz vor der Appellationsverhandlung geäusserte Geständnis führe zu keiner Strafminderung (angefochtener Entscheid S. 15). Auch wenn das Geständnis spontan und ohne Einwirkung des Rechtsbeistandes abgelegt worden sein sollte, wäre die Annahme der Vorinstanz, es sei nur aufgrund der erdrückenden Beweislage erfolgt, nicht widerlegt. Woraus sich eine tiefe Reue des Beschwerdeführers ergeben soll, ist der Beschwerde denn auch nicht zu entnehmen.
2.5 Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe nicht berücksichtigt, dass es ihm darum gegangen sei, eine Gefahr für Leib und Leben abzuwenden, die ihm und seiner Familie vom Gläubiger einer Spielschuld gedroht habe (Beschwerde Ziff. 10). Die Vorinstanz stellt fest, das Vorgehen des Beschwerdeführers sei egoistisch gewesen, sei es doch einzig um die Tilgung von Spielschulden gegangen (angefochtener Entscheid S. 14). Von einer Bedrohung von Leib und Leben ist im angefochtenen Entscheid nicht die Rede. Dass die Annahme, der Beschwerdeführer habe aus reinem Egoismus gehandelt, willkürlich im Sinne von Art. 9 BV wäre, ist der Beschwerde, die in diesem Punkt den Begründungsanforderungen von Art. 106 Abs. 2 BGG nicht genügt, nicht zu entnehmen.
2.6 Der Beschwerdeführer bemängelt unter Hinweis auf BGE 121 IV 49 S. 56, dass die Vorinstanz in Bezug auf sein Vorleben und Verhalten nach der Tat keine eigene differenzierte Würdigung vorgenommen, sondern nur auf das erstinstanzliche Urteil verwiesen hat (Beschwerde Ziff. 11). Aus welcher Bestimmung sich ergeben sollte, dass ein kantonales Gericht für die genannten Punkte nicht auf die Ausführungen ihrer Vorinstanz verweisen dürfte, ist nicht ersichtlich. Aus dem zitierten Präjudiz folgt dies jedenfalls nicht.
2.7 Der Beschwerdeführer rügt als Verletzung von Art. 50 StGB, dass die Vorinstanz im Gegensatz zum Kriminalgericht nur auf einen einfachen Raub erkannte und dennoch das Strafmass der ersten Instanz bestätigte. Die Strafe von drei Jahren sei denn auch auffallend hoch und aufgrund der Erwägungen im angefochtenen Urteil nicht plausibel und für ihn nicht nachvollziehbar (Beschwerde Ziff. 14-18).
Wie schon das Kriminalgericht geht auch die Vorinstanz davon aus, dass sich in den verwendeten Pistolen keine Munition befand. Sie kommt im Gegensatz zur ersten Instanz allerdings zum Schluss, dass eine ungeladene Pistole nicht als eine gefährliche Schusswaffe angesehen werden könne, weshalb der Beschwerdeführer "nur" des einfachen und nicht des bewaffneten Raubes schuldig zu sprechen sei (vgl. angefochtenen Entscheid S. 7-10). Bei der Strafzumessung verweist die Vorinstanz indessen auf das skrupellose Vorgehen der Täter und deren hohe kriminelle Energie, weshalb der Umstand, dass die Waffen während des Überfalls ungeladen waren, auf das Verschulden keinen mildernden Einfluss habe, und sich die erstinstanzlich ausgefällte Strafe von drei Jahren als angemessen erweise (vgl. angefochtenen Entscheid S. 14). Die Strafe von drei Jahren ist aufgrund des schweren Verschuldens denn auch nicht auffallend hoch und verletzt jedenfalls die Grundsätze der Strafzumessung nicht.
2.8 Der Beschwerdeführer macht geltend, er sei zum Tatzeitpunkt stark betrunken gewesen, weshalb die Vorinstanz die Strafe in Anwendung von Art. 19 Abs. 2 StGB hätte mildern müssen (Beschwerde Ziff. 20-27). Soweit der angefochtene Entscheid keine Ausführungen in Bezug auf seinen Alkoholkonsum enthalte, liege eine Verletzung des Willkürverbots von Art. 9 BV vor (Beschwerde Ziff. 29-32).
Die Vorinstanz geht davon aus, dass Strafmilderungsgründe nicht erkennbar seien (angefochtener Entscheid S. 13). Im Übrigen verweist sie unter anderem auf das Plädoyer des Verteidigers, welches dieser nach dem Geständnis des Beschwerdeführers an der Appellationsverhandlung hielt (angefochtener Entscheid S. 4 mit Hinweis auf OG amtl. Bel. 8). Den Ausführungen ist nur zu entnehmen, dass der Beschwerdeführer im Tatzeitpunkt stark alkoholisiert gewesen sein will (Plädoyer S. 5). Davon, dass er den Vorgang nicht mehr realisiert habe (Beschwerde S. 11), ist nicht die Rede. Da auch das zielgerichtete Vorgehen der Täter gegen eine alkoholbedingte Verminderung der Schuldfähigkeit im Sinne von Art. 19 Abs. 2 StGB spricht, musste die Vorinstanz den der Tat vorangehenden Alkoholkonsum bei der Strafzumessung nicht berücksichtigen.
2.9 Gesamthaft gesehen ist die Strafzumessung bundesrechtlich nicht zu beanstanden. Die Beschwerde ist im Verfahren nach Art. 109 BGG abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist.
3. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Das nachträglich gestellte Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist in Anwendung von Art. 64 BGG abzuweisen, weil die Rechtsbegehren aussichtslos erschienen. Der finanziellen Lage des Beschwerdeführers ist bei der Bemessung der Gerichtskosten Rechnung zu tragen (Art. 65 Abs. 2 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Luzern, 4. Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 21. Februar 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Der Gerichtsschreiber: Monn