Faits:
A. A.a R._, ressortissante espagnole née en 1967 et titulaire d'un Certificat fédéral de capacité (CFC) de vendeuse, a travaillé au service de X._ à plein temps à partir du 9 octobre 1989, en qualité de collaboratrice. Elle exerçait en parallèle une activité accessoire de concierge auprès de la Régie Y._ SA.
Le 3 janvier 2002, R._ a présenté une demande de prestations de l'assurance-invalidité, en invoquant subir une incapacité de travail entière depuis le 5 février 2001, puis partielle (50 %) dès le 1er novembre 2001 en raison de troubles rhumatologiques. Par la suite, elle a conclu un nouveau contrat de travail avec son employeur à un taux de 50 %. Le 17 décembre 2002, l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève (ci-après: l'office AI) a alloué à l'assurée une demi-rente d'invalidité, fondée sur un taux d'invalidité de 50 %, à partir du 1er février 2002.
A.b Saisie d'une demande de révision présentée par l'assurée le 2 avril 2004, l'office AI a pris différents renseignements médicaux et économiques; il a été informé par l'employeur de l'assurée qu'elle n'avait pas pu reprendre le travail depuis le 3 novembre 2003, puis que les rapports de travail allaient être résiliés au 31 mai 2006.
Par décision du 25 novembre 2009, l'office AI a reconsidéré son prononcé initial et réduit la rente de l'intéressée à un quart de rente dès le 1er janvier 2010, fondé sur un degré d'invalidité de 41 %.
A.c Cette décision a été annulée sur recours de l'assurée par le Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève (aujourd'hui, Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales), qui a renvoyé la cause à l'administration pour la mise en oeuvre d'une expertise interdisciplinaire (jugement du 15 avril 2010). Celle-ci a été confiée au Centre d'expertise médical Z._, qui a rendu ses conclusions le 13 mai 2011.
Par décision du 14 mars 2012, l'office AI a refusé à R._ le droit à des mesures d'orientation ou de reclassement professionnels et derechef réduit la rente à un quart de rente dès le 1er janvier 2010. En bref, il a retenu que son prononcé initial du 17 décembre 2002 était entaché d'erreurs manifestes dans l'évaluation de l'invalidité et devait être reconsidéré: le revenu d'invalide avait à tort été déterminé en fonction d'une convention collective de travail; le revenu sans invalidité relatif à l'activité de collaboratrice avait été surévalué, alors que le salaire tiré de l'activité accessoire n'avait pas été pris en compte; l'abattement de 25 % sur le revenu d'invalide n'était pas justifié (seul 15 % était admissible).
B. Statuant le 19 septembre 2012 sur le recours interjeté par l'assurée contre cette décision, la Cour de justice genevoise, Chambre des assurances sociales, l'a partiellement admis dans le sens des considérants. Annulant la décision du 14 mars 2012 en tant qu'elle réduit la rente à un quart de rente à compter du 1er janvier 2010, elle a condamné l'office AI à payer à la recourante le complément différentiel depuis cette date.
C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation.
R._ 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), sous réserve des cas prévus à l'art. 105 al. 2 LTF. Le recourant ne peut critiquer la constatation de faits importants pour le jugement de la cause que si ceux-ci ont été établis en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF ou de manière manifestement inexacte (art. 97 al. 1 LTF), c'est-à-dire de manière arbitraire et si la correction du vice est susceptible d'influer sur le sort de la cause (ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62 et les références).
2. Au regard des motifs et conclusions du recours, le litige porte sur la réduction, par la voie de la reconsidération (art. 53 al. 2 LPGA), de la demi-rente d'invalidité initialement allouée à l'intimée à un quart de rente dès le 1er janvier 2010. A cet égard, le jugement entrepris expose de manière complète les règles légales et les principes jurisprudentiels sur la reconsidération d'une décision entrée en force. Il suffit d'y renvoyer.
3. Examinant chacun des motifs indiqués par l'office AI pour justifier la reconsidération de la décision du 17 décembre 2002, les premiers juges ont retenu que ni la référence au salaire du secteur de la vente pour déterminer le salaire avec invalidité (47'265 fr.) - qui correspondait à quelques centaines de francs près à celui résultant des salaires statistiques de l'Enquête suisse sur la structure des salaires (ESS) 2002 (47'788 fr.) -, ni l'abattement de 25 % sur celui-ci ne relevaient d'erreurs manifestes. Sur ce point, ils ont considéré que l'abattement, qui constituait une question d'appréciation, avait été examiné et déterminé par le recourant sur la base de la situation de fait et de droit de l'époque, sans qu'il eût fait un usage manifestement insoutenable de son pouvoir d'appréciation ou ignoré voire manqué de preuves quant aux faits essentiels. En ce qui concerne le revenu sans invalidité, la juridiction cantonale a constaté que le salaire de 70'307 fr. retenu à l'époque correspondait au revenu réalisé par l'assurée auprès de X._ (réactualisé à 2002), de sorte qu'il n'avait pas été surévalué. En revanche, l'office AI avait omis de prendre en compte le revenu accessoire réalisé par l'assurée (7'861 fr. après adaptation en 2002), de sorte que le revenu sans invalidité s'élevait à 78'168 fr.
Aussi, les premiers juges ont-ils procédé à une nouvelle comparaison des revenus en tenant compte du salaire sans invalidité rectifié, ainsi que de l'abattement de 25 % sur le salaire d'invalide; ils ont fixé à 55 % le taux d'invalidité qu'aurait dû retenir l'administration. Ils ont dès lors conclu que la reconsidération de la décision du 17 décembre 2002 était contraire au droit.
4. Le recourant reproche exclusivement à la juridiction cantonale d'avoir considéré de manière arbitraire que l'abattement de 25 % sur le salaire avec invalidité ne constituait pas une erreur manifeste justifiant la reconsidération de la décision initiale de (demi-)rente. En premier lieu, il soutient que l'administration n'avait à l'époque pas examiné dans quelle mesure une réduction sur le salaire avec invalidité se justifiait en raison des différents facteurs déterminants. Or, aucun des critères de déduction n'entrait alors en ligne de compte, les répercussions des limitations fonctionnelles présentées par l'assurée sur le revenu d'invalide ayant déjà été incluses dans le cadre de l'évaluation de la capacité de travail de l'intéressée. De l'avis du recourant, en n'analysant pas l'abattement à la lumière des circonstances prévalant à l'époque, la juridiction cantonale avait procédé de façon arbitraire.
En second lieu, le recourant fait valoir que les premiers juges n'étaient pas en droit de reprendre tel quel l'abattement de 25 %, qu'il avait initialement retenu de manière erronée, lorsqu'ils ont effectué la comparaison des revenus déterminants. Selon la jurisprudence (arrêt 8C_753/2009 du 28 octobre 2009), le fait que l'administration avait accordé à un assuré une déduction sur le salaire statistique (trop) généreuse n'avait pas pour conséquence de donner à celui-ci le droit à la même déduction tout aussi élevée lors d'un examen ultérieur des prestations. L'autorité cantonale de recours aurait par conséquent dû calculer le degré d'invalidité en fonction d'un abattement de 15 % sur le revenu d'invalide, ce qui conduisait à un taux d'invalidité de 48 %, ouvrant le droit à un quart de rente d'invalidité seulement.
5.1 5.1.1 Comme l'a rappelé à juste titre la juridiction cantonale, pour pouvoir qualifier une décision de manifestement erronée, il ne suffit pas que l'assureur social ou le juge, en réexaminant l'un ou l'autre aspect du droit à la prestation d'assurance, procède simplement à une appréciation différente de celle qui avait été effectuée à l'époque et qui était, en soi, soutenable. Pour des motifs de sécurité juridique, l'irrégularité doit être manifeste, de manière à éviter que la reconsidération devienne un instrument autorisant sans autre limitation un nouvel examen des conditions à la base des prestations de longue durée. En particulier, les organes d'application ne sauraient procéder en tout temps à une nouvelle appréciation de la situation après un examen plus approfondi des faits. Ainsi, une inexactitude manifeste ne saurait être admise lorsque l'octroi de la prestation dépend de conditions matérielles dont l'examen suppose un pouvoir d'appréciation, quant à certains de leurs aspects ou de leurs éléments, et que la décision initiale paraît admissible compte tenu de la situation antérieure de fait et de droit. S'il subsiste des doutes raisonnables sur le caractère erroné de la décision initiale, les conditions de la reconsidération ne sont pas remplies (arrêts 9C_575/2007 du 18 octobre 2007 consid. 2.2; I 907/06 du 7 mai 2007 consid. 3.2.1).
5.1.2 On précisera par ailleurs qu'une déduction sur le montant du salaire d'invalide résultant des statistiques en raison d'empêchements propres à l'assuré ne doit pas être opérée automatiquement, mais seulement lorsqu'il existe des indices qu'en raison d'un ou de plusieurs facteurs, l'intéressé ne peut mettre en valeur sa capacité résiduelle de travail sur le marché du travail qu'avec un résultat économique inférieur à la moyenne. Par ailleurs, il n'y a pas lieu de procéder à des déductions distinctes pour chacun des facteurs entrant en considération comme les limitations liées au handicap, l'âge, les années de service, la nationalité ou la catégorie de permis de séjour, ou encore le taux d'occupation. Il faut bien plutôt procéder à une évaluation globale, dans les limites du pouvoir d'appréciation, des effets de ces facteurs sur le revenu d'invalide, compte tenu de l'ensemble des circonstances du cas concret. Une déduction globale maximale de 25 % sur le salaire statistique permet de tenir compte des différents éléments qui peuvent influencer le revenu d'une activité lucrative (ATF 126 V 75 consid. 5b/aa-cc p. 79).
5.2 Quoi qu'en dise le recourant, l'appréciation à laquelle a procédé la juridiction cantonale en niant le caractère manifestement erroné de l'abattement de 25 % retenu au moment de la décision initiale n'est pas arbitraire.
5.2.1 La déduction sur le salaire d'invalide - pour l'application de laquelle l'administration dispose précisément d'une marge d'appréciation importante quant à son étendue (ATF 137 V 71 consid. 5.2 p. 74) -, qui correspond en l'espèce à la limite maximale admise par la jurisprudence, peut certes sembler relativement généreuse. Il n'apparaît toutefois pas que le recourant ait à l'époque fait usage de son pouvoir d'appréciation de façon inadmissible ou en méconnaissant les critères à la lumière desquels doit être déterminée l'étendue de l'abattement. Il ressort en effet des constatations de la juridiction cantonale qu'à l'époque déterminante, le médecin traitant de l'assurée avait mis en évidence des limitations fonctionnelles (rapport du docteur B._ du 28 janvier 2002) que l'office AI a pris en compte dans l'évaluation de l'invalidité. Les restrictions décrites par le médecin traitant ont en effet été reprises sans aucune réserve par l'administration dans le rapport de la division de réadaptation (du 2 juillet 2002), en ce qui concerne le métier de vendeuse considéré comme une activité adaptée. Il se justifiait dès lors de procéder à un abattement sur le salaire d'invalide - dont le montant retenu correspondait à peu de chose près au salaire ESS - en raison des circonstances particulières liées au handicap de l'assurée. Contrairement à ce qu'affirme le recourant, il n'avait pas déjà tenu compte de celles-ci "par une réduction de la capacité de travail admise", puisqu'il a déterminé le revenu d'invalide en fonction d'une capacité de travail de 100 % (et d'un rendement de 100 %) dans une activité adaptée, comme le montre l'évaluation théorique de salaire à laquelle a procédé la division de réadaptation professionnelle (rapport du 2 juillet 2002). Le recourant ne saurait donc sérieusement prétendre avoir doublement pris en considération les limitations de l'assurée dues à son handicap. Au contraire, il n'a pas fait un usage manifestement erroné de son pouvoir d'appréciation en appliquant une déduction de 25 % sur le salaire d'invalide en raison de l'un au moins des facteurs permettant un tel abattement, à la lumière d'une appréciation globale de la situation (consid. 5.1.2 supra).
5.2.2 En conséquence de ce qui précède, le second argument du recourant tombe également à faux. Dès lors que l'abattement en cause ne relevait pas d'une erreur manifeste, la nouvelle comparaison des revenus effectuée par la juridiction cantonale en fonction d'un revenu sans invalidité rectifié et de ladite déduction sur le revenu d'invalide n'est également pas critiquable. Au demeurant, comme le fait valoir à juste titre l'intimée, la jurisprudence invoquée par le recourant (arrêt 8C_753/2009 cité) ne concerne pas un cas de reconsidération, mais l'examen d'une nouvelle demande de rente, qui n'est pas soumise aux conditions particulières de la reconsidération. Le recourant ne peut donc rien en tirer en sa faveur.
5.3 En conclusion, l'appréciation des premiers juges selon laquelle le recourant n'était pas en droit de réduire la demi-rente d'invalidité initialement accordée à l'intimée, n'est aucunement arbitraire, ni autrement contraire au droit. Le recours se révèle par conséquent mal fondé.
6. Vu l'issue de la procédure, le recourant supportera les frais de justice y afférents (art. 66 al. 1 LTF), de même que l'indemnité de dépens pour l'instance fédérale que peut prétendre l'intimée (art. 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 du recourant.
3. Le recourant versera à l'intimée la somme de 2'500 fr. à titre de dépens pour la procédure devant le Tribunal fédéral.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties, à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 6 février 2013
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Kernen
La Greffière: Moser-Szeless