Sachverhalt:
A. A.a Das Amtsgericht Solothurn-Lebern verurteilte X._ am 1. Februar 2012 wegen mehrfachen Steuerbetrugs und mehrfacher Urkundenfälschung zu einer bedingten Geldstrafe von 100 Tagessätzen zu Fr. 330.--.
A.b Auf Berufung von X._ sprach das Obergericht des Kantons Solothurn diesen am 8. November 2012 hinsichtlich der Geschäftsjahre 2006 und 2007 vom Vorwurf des Steuerbetrugs und der Urkundenfälschung frei. Betreffend das Geschäftsjahr 2005 erklärte es ihn des Steuerbetrugs schuldig und auferlegte ihm eine bedingte Geldstrafe von 20 Tagessätzen zu je Fr. 330.--.
Dem Schuldspruch liegt folgender Sachverhalt zugrunde:
X._ ist einziger Verwaltungsrat und Geschäftsführer der Y._ AG. Er verbuchte in der Jahresrechnung die ihm privat erwachsenen Kosten eines Tauschvertrags vom 10. März 2005 über Fr. 16'575.75 fälschlicherweise als Geschäftsaufwand ("Buchführungs-/Beratungsaufwand"). Dadurch bewirkte er, dass die Erfolgsrechnung der Y._ AG für das Geschäftsjahr 2005 einen in diesem Umfang zu tiefen Jahresgewinn auswies. Die inhaltlich unwahre Jahresrechnung reichte er am 21. April 2006 den Steuerbehörden ein.
B. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, ihn vom Vorwurf des Steuerbetrugs freizusprechen.
Erwägungen:
1. 1.1 Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung von Art. 186 Abs. 1 des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die direkte Bundessteuer (DBG; SR 642.11) und von § 200 Abs. 1 des Steuergesetzes des Kantons Solothurn vom 1. Dezember 1985 (StG/SO). Er habe die Tauschvertragskosten von der Y._ AG übernehmen lassen, weil er dieser früher ein zinsloses Darlehen gewährt und später im Teilumfang von Fr. 63'000.-- auf dessen Rückzahlung verzichtet habe. Damit seien die Tauschvertragskosten gleichwohl geschäftsmässig begründet gewesen, da es sich dabei um eine nachträgliche Entschädigung für den Verzinsungsverzicht gehandelt habe. Die Vorinstanz vermenge Leistungsart und Leistungsgrund, womit sie Art. 58 Abs. 1 lit. b al. 4 DBG sowie § 91 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 StG/SO falsch anwende. Der angefochtene Entscheid sei lückenhaft, da er zum Betrag und zur Verbuchung des Forderungsverzichts keine Tatsachenfeststellungen enthalte (Beschwerde S. 4-7, 8-10). Er sei überzeugt gewesen, dass die Verbuchung der Tauschvertragskosten als Geschäftsaufwand richtig gewesen sei. Zumindest habe die geschäftsmässige Begründetheit angesichts der Komplexität der sich stellenden buchführungs- und steuerrechtlichen Fragen diskutabel sein können. Eine Verurteilung wegen Steuerbetrugs scheitere auch am Vorsatz (Beschwerde S. 7 f., 11-13).
Die Vorinstanz werfe ihm in der Eventualbegründung vor, er habe die Kosten des Tauschvertrags von Fr. 16'575.75 fälschlicherweise als Geschäftsaufwand anstatt als Lohnzahlung verbucht. Die blosse Falschkontierung habe keinen Einfluss auf die Höhe des Jahresgewinns gehabt. Die erfolgsneutrale Falschkontierung erfülle den Tatbestand der Urkundenfälschung von Art. 251 StGB, nicht jedoch denjenigen des Steuerbetrugs. Vom Vorwurf der Falschbeurkundung im Sinne von Art. 251 StGB sei er rechtskräftig freigesprochen worden (Beschwerde S. 3 f., 10 f.).
1.2 Der Beschwerdeführer machte anfänglich noch geltend, die Y._ AG habe einen wirtschaftlichen Nutzen aus dem Tauschvertrag gehabt, weshalb sie zu Recht für die Kosten aufgekommen sei (Urteil S. 16-20). Im vorinstanzlichen Verfahren argumentierte er demgegenüber, für die Y._ AG sei bei der Übernahme durch ihn im Jahre 1989 wegen eines weggefallenen Grossauftrags eine kritische finanzielle Situation entstanden. Er habe der Gesellschaft daher ein zinsfreies Darlehen gewährt und ihr davon kurz darauf Fr. 63'000.-- erlassen. Er habe das Gefühl gehabt, wegen seines früheren finanziellen Engagements noch etwas von der Y._ AG zugute zu haben (Urteil S. 18).
Die Vorinstanz führt aus, die vom Beschwerdeführer im Verlaufe des Verfahrens vorgebrachten Begründungen für die Verbuchung der Tauschvertragskosten als Geschäftsaufwand seien in keiner Weise schlüssig und überdies widersprüchlich (Urteil S. 18). Am ehesten plausibel sei die vor Obergericht vorgebrachte Darstellung, auch wenn der Zeitraum von rund 15 Jahren zwischen den finanziellen Einbussen aus der Zeit nach der Übernahme der Gesellschaft und dem Tauschvertrag auffalle. Nach dieser Darstellung des Beschwerdeführers vor Obergericht sei es um eine Bezahlung und Verbuchung von Privataufwand in der Geschäftsbuchhaltung gegangen, d.h. um eine klassische verdeckte Gewinnausschüttung (Urteil S. 20). Die Kosten des Tauschvertrags seien offensichtlich privater Natur gewesen, was der Beschwerdeführer gewusst habe. Er habe in der Absicht der Steuerhinterziehung gehandelt. Der Betrag von Fr. 16'575.05 (recte Fr. 16'575.75) sei am 31. Dezember 2005 noch vom Konto "Abgaben/Gebühren/Bewilligungen" (wo er fast 100% der Ausgaben ausgemacht habe) auf das Konto "Buchführungs-/Beratungsaufwand" umgebucht worden. Dort hätten die Kosten des Tauschvertrags weniger als 10% der Ausgaben betragen und seien damit weniger aufgefallen. Aus der Umbuchung werde deutlich, dass man sich Ende 2005 noch einmal bewusst mit diesen Kosten befasst habe (Urteil S. 21).
Die Vorinstanz führt aus, die vom Beschwerdeführer im Verlaufe des Verfahrens vorgebrachten Begründungen für die Verbuchung der Tauschvertragskosten als Geschäftsaufwand seien in keiner Weise schlüssig und überdies widersprüchlich (Urteil S. 18). Am ehesten plausibel sei die vor Obergericht vorgebrachte Darstellung, auch wenn der Zeitraum von rund 15 Jahren zwischen den finanziellen Einbussen aus der Zeit nach der Übernahme der Gesellschaft und dem Tauschvertrag auffalle. Nach dieser Darstellung des Beschwerdeführers vor Obergericht sei es um eine Bezahlung und Verbuchung von Privataufwand in der Geschäftsbuchhaltung gegangen, d.h. um eine klassische verdeckte Gewinnausschüttung (Urteil S. 20). Die Kosten des Tauschvertrags seien offensichtlich privater Natur gewesen, was der Beschwerdeführer gewusst habe. Er habe in der Absicht der Steuerhinterziehung gehandelt. Der Betrag von Fr. 16'575.05 (recte Fr. 16'575.75) sei am 31. Dezember 2005 noch vom Konto "Abgaben/Gebühren/Bewilligungen" (wo er fast 100% der Ausgaben ausgemacht habe) auf das Konto "Buchführungs-/Beratungsaufwand" umgebucht worden. Dort hätten die Kosten des Tauschvertrags weniger als 10% der Ausgaben betragen und seien damit weniger aufgefallen. Aus der Umbuchung werde deutlich, dass man sich Ende 2005 noch einmal bewusst mit diesen Kosten befasst habe (Urteil S. 21).
1.3 1.3.1 Den Tatbestand des Steuerbetrugs gemäss Art. 186 Abs. 1 DBG bzw. § 200 Abs. 1 StG/SO erfüllt, wer zum Zwecke einer Steuerhinterziehung gefälschte, verfälschte oder inhaltlich unwahre Urkunden wie Geschäftsbücher, Bilanzen, Erfolgsrechnungen oder Lohnausweise und andere Bescheinigungen Dritter zur Täuschung gebraucht. Eine Steuerhinterziehung begeht in objektiver Hinsicht unter anderem, wer als Steuerpflichtiger bewirkt, dass eine Veranlagung zu Unrecht unterbleibt oder dass eine rechtskräftige Veranlagung unvollständig ist (Art. 175 Abs. 1 DBG; § 189 Abs. 1 StG/SO).
1.3.2 Die Erfolgsrechnung ist inhaltlich unwahr, wenn Einnahmen nicht verbucht werden (BGE 125 IV 17 E. 2c). Gleiches gilt, wenn Auslagen, die offensichtlich privater Natur sind, als geschäftsbedingt ausgewiesen oder wenn Lohnzahlungen auf einem sachfremden Aufwandkonto verbucht werden (BGE 122 IV 25 E. 2c; Urteil 6B_453/2011 vom 20. Dezember 2011 E. 5.6 und 5.7 mit Hinweisen).
1.3.3 In subjektiver Hinsicht setzt der Steuerbetrug ein vorsätzliches Handeln voraus, wobei auch der Eventualvorsatz strafbar ist (Art. 333 Abs. 1 i.V.m. Art. 12 Abs. 1 und 2 StGB). Erforderlich ist zudem, dass der Täter die zumindest möglicherweise falsche Urkunde zum Zwecke, d.h. in der Absicht verwendet, die Steuerbehörde in einen Irrtum über für die Veranlagung massgebende Tatsachen zu versetzen (Urteil 6B_453/2011 vom 20. Dezember 2011 E. 5.2). Der Tatbestand des Steuerbetrugs ist bereits mit der Einreichung der unechten oder unwahren Urkunde beim Steueramt in der Absicht der Steuerhinterziehung vollendet. Der Eintritt eines Erfolgs etwa im Sinne einer unvollständigen Veranlagung ist nicht erforderlich (Urteile 6B_453/2011 vom 20. Dezember 2011 E. 5.2; 6S.147/2003 vom 30. April 2005 E. 2.4.1).
1.3.4 Das Bundesgericht prüft gemäss ständiger Rechtsprechung frei, ob das kantonale Recht und dessen Anwendung durch die kantonalen Instanzen mit den Vorgaben des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die Harmonisierung der direkten Steuern der Kantone und Gemeinden (StHG) übereinstimmen. Die Kognition des Bundesgerichts ist auf dem Gebiet der harmonisierten Kantons- und Gemeindesteuern nur insoweit auf Verfassungsrügen beschränkt, als das StHG dem kantonalen Gesetzgeber einen Gestaltungsspielraum einräumt (BGE 134 II 207 E. 2; 131 II 710 E. 1.2). Die Kantone sind verpflichtet, den in Art. 59 Abs. 1 StHG umschriebenen Tatbestand des Steuerbetrugs in der Sache unverändert zu übernehmen. Das Bundesgericht prüft daher auch die Anwendung von § 200 StG/SO mit voller Kognition (vgl. Urteil 6B_453/2011 vom 20. Dezember 2011 E. 5.1 mit Hinweis).
1.3.4 Das Bundesgericht prüft gemäss ständiger Rechtsprechung frei, ob das kantonale Recht und dessen Anwendung durch die kantonalen Instanzen mit den Vorgaben des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die Harmonisierung der direkten Steuern der Kantone und Gemeinden (StHG) übereinstimmen. Die Kognition des Bundesgerichts ist auf dem Gebiet der harmonisierten Kantons- und Gemeindesteuern nur insoweit auf Verfassungsrügen beschränkt, als das StHG dem kantonalen Gesetzgeber einen Gestaltungsspielraum einräumt (BGE 134 II 207 E. 2; 131 II 710 E. 1.2). Die Kantone sind verpflichtet, den in Art. 59 Abs. 1 StHG umschriebenen Tatbestand des Steuerbetrugs in der Sache unverändert zu übernehmen. Das Bundesgericht prüft daher auch die Anwendung von § 200 StG/SO mit voller Kognition (vgl. Urteil 6B_453/2011 vom 20. Dezember 2011 E. 5.1 mit Hinweis).
1.4 1.4.1 Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann vor Bundesgericht nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG). Offensichtlich unrichtig ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (BGE 137 IV 1 E. 4.2.3; 134 IV 36 E. 1.4.1). Die Rüge der Willkür muss anhand des angefochtenen Entscheids präzise vorgebracht und begründet werden (Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 137 IV 1 E. 4.2.3; 136 II 489 E. 2.8; je mit Hinweisen).
Ein Urteil, das sich zu den für die Subsumtion notwendigen tatsächlichen Grundlagen nicht äussert, ist bundesrechtswidrig (BGE 133 IV 293 E. 3.4).
Der Beschwerdeführer legt nicht dar, er habe im Jahre 2005 eine offene Forderung gegenüber der Y._ AG gehabt. Folglich kann es sich bei den Tauschvertragskosten nicht um eine "Entschädigung" gehandelt haben, weshalb die Vorinstanz auf Abklärungen zum angeblich im Jahre 1989 gewährten zinslosen Darlehen verzichten konnte. Die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung ist weder lückenhaft noch basiert sie auf einer willkürlichen Beweiswürdigung. Dass der behauptete Forderungsverzicht bei der Y._ AG als Kapitaleinlage verbucht wurde, macht der Beschwerdeführer nicht geltend. Da die Tauschvertragskosten in der Erfolgsrechnung als Geschäftsaufwand erschienen, ging es dabei offensichtlich nicht um eine Kapitalrückzahlung (vgl. Beschwerde S. 6 N. 9).
1.4.2 Der zur Diskussion stehende Betrag von Fr. 16'575.75 betraf die im Zusammenhang mit dem Tausch der privaten Liegenschaft des Beschwerdeführers und seiner Ehefrau angefallenen Notariatskosten (Notariatsgebühren, Gebühren des Grundbuchamtes und Handänderungssteuer). Bei den Tauschvertragskosten handelte es sich um offensichtlich private Auslagen, für welche die Parteien des Tauschvertrags persönlich hätten aufkommen müssen. Der Zuwendung an den Beschwerdeführer stand keine Gegenleistung gegenüber. Die Vorinstanz geht zutreffend von einer verdeckten Gewinnausschüttung aus. Eine Verletzung von Art. 58 Abs. 1 lit. b al. 4 DBG oder § 91 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 StG/SO ist nicht ersichtlich. Die Verbuchung der Tauschvertragskosten als Geschäftsaufwand führte dazu, dass die Erfolgsrechnung der Y._ AG für das Geschäftsjahr 2005 inhaltlich unwahr war. Indem der Beschwerdeführer die Erfolgsrechnung den Steuerbehörden einreichte, erfüllte er den objektiven Tatbestand des Steuerbetrugs von Art. 186 Abs. 1 DBG bzw. § 200 Abs. 1 StG/SO.
1.4.3 Was der Täter wusste und wollte betrifft innere Tatsachen (BGE 137 IV 1 E. 4.2.3; 135 IV 152 E. 2.3.2; je mit Hinweisen), welche das Bundesgericht nur unter dem Gesichtspunkt der Willkür prüft (siehe oben E. 1.4.1). Die Vorinstanz legt dar, weshalb sie zur Überzeugung gelangt, der Beschwerdeführer habe gewusst, dass die Erfolgsrechnung inhaltlich unwahr war, und er habe in der Absicht der Steuerhinterziehung gehandelt. Ihre Würdigung ist nicht willkürlich. Entgegen dem Einwand des Beschwerdeführers lag der betreffenden Buchung keine besonders komplexe Fragestellung zugrunde. Damit sind auch die subjektiven Tatbestandsvoraussetzungen des Steuerbetrugs gegeben.
1.5 Nicht einzutreten ist auf den Einwand des Beschwerdeführers betreffend die angebliche Eventualbegründung der Vorinstanz (Beschwerde S. 10 f.). Die Vorinstanz stellt nicht fest, bei den Tauschvertragskosten habe es sich um Lohnzahlungen gehandelt. Sie weist lediglich darauf hin, dass Lohnzahlungen auch als solche zu verbuchen gewesen wären (Urteil S. 20).
1.6 Der Schuldspruch wegen Steuerbetrugs ist bundesrechtskonform.
2. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Solothurn, Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 14. Mai 2013
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Unseld