Faits :
A.
Par jugement de première instance du 21 février 2019, A._ a été reconnu coupable de violation grave des règles de la circulation routière (art. 90 al. 2 LCR) et condamné à une peine pécuniaire de 20 jours-amende, avec sursis pendant 5 ans, le montant du jour-amende étant fixé à 3'000 fr., ainsi qu'à une amende de 10'000 fr. (peine privative de liberté de substitution de 3 jours). Le sursis accordé le 17 août 2016 n'a pas été révoqué ni prolongé.
B.
Le 5 mai 2021, la Cour pénale I du Tribunal cantonal valaisan a très partiellement admis l'appel formé par A._ contre le jugement de première instance, a réduit la durée du sursis à 2 ans et ramené le montant de l'amende à 7'000 fr. (peine privative de liberté de substitution de 2 jours). Le jugement de première instance a été confirmé pour le surplus.
Le jugement cantonal repose en substance sur les faits suivants.
Le 14 janvier 2018 à 16h07, A._ circulait au volant d'un véhicule automobile prêté par un ami entre Sembrancher et Bovernier en direction de Martigny. Peu avant Bovernier, il s'est déplacé sur la voie centrale pour dépasser la file de véhicules qui le précédait à une vitesse de 110 km/h (marge de sécurité de 6 km/h déduite) sur un tronçon limité à 80 km/h, commettant ainsi un excès de vitesse de 30 km/h.
Compte tenu de la taille des pneus dont était équipé le véhicule, le compteur devait indiquer une vitesse de 108.8 km/h pour une vitesse mesurée par radar de 116 km/h.
C.
A._ forme un recours en matière pénale au Tribunal fédéral contre le jugement cantonal et conclut, avec suite de frais et dépens, à sa réforme en ce sens qu'il est reconnu coupable de violation simple des règles de la circulation routière (art. 90 al. 1 LCR) et qu'il est condamné à une peine en conséquence. Subsidiairement, il conclut à l'annulation du jugement et au renvoi de la cause à la cour cantonale pour nouveau jugement.

Considérant en droit :
1.
Le recourant conteste s'être rendu coupable d'une violation grave des règles de la circulation routière et invoque une mauvaise application de l'art. 90 al. 2 LCR. Il se prévaut d'une erreur sur les faits, prétendant avoir cru rouler à une vitesse inférieure à 110 km/h. Il reproche à la cour cantonale d'avoir fait preuve d'arbitraire dans l'établissement des faits et d'avoir violé l'art. 13 CP.
1.1.
1.1.1. Conformément à l'art. 90 LCR, celui qui viole les règles de la circulation prévues par ladite loi ou par les dispositions d'exécution émanant du Conseil fédéral est puni de l'amende (al. 1). Celui qui, par une violation grave d'une règle de la circulation, crée un sérieux danger pour la sécurité d'autrui ou en prend le risque est puni d'une peine privative de liberté de trois ans au plus ou d'une peine pécuniaire (al. 2).
Pour déterminer si une violation d'une règle de la circulation doit être qualifiée de grave au sens de l'art. 90 al. 2 LCR, il faut procéder à une appréciation aussi bien objective que subjective. D'un point de vue objectif, la violation grave d'une règle de circulation au sens de l'art. 90 al. 2 LCR suppose que l'auteur ait mis sérieusement en danger la sécurité du trafic. Il y a création d'un danger sérieux pour la sécurité d'autrui non seulement en cas de mise en danger concrète, mais déjà en cas de mise en danger abstraite accrue (<ref-ruling> consid. 3.1 p. 96; <ref-ruling> consid. 3.2 p. 136). Subjectivement, l'art. 90 al. 2 LCR exige, selon la jurisprudence, un comportement sans scrupules ou gravement contraire aux règles de la circulation, c'est-à-dire une faute grave et, en cas d'acte commis par négligence, à tout le moins une négligence grossière. Celle-ci doit être admise lorsque le conducteur est conscient du caractère généralement dangereux de son comportement contraire aux règles de la circulation. Mais une négligence grossière peut également exister lorsque, contrairement à ses devoirs, l'auteur ne prend absolument pas en compte le fait qu'il met en danger les autres usagers, en d'autres termes s'il se rend coupable d'une négligence inconsciente. Dans de tels cas, une négligence grossière ne peut être admise que si l'absence de prise de conscience du danger créé pour autrui repose elle-même sur une absence de scrupules (ATF <ref-ruling> consid. 3.2 p. 136; arrêts 6B_973/2020 du 25 février 2021 consid. 2.1; 6B_1445/2019 du 17 avril 2020 consid. 2.2). Plus la violation de la règle de la circulation est objectivement grave, plus on admettra l'existence d'une absence de scrupules, sauf indice particulier permettant de retenir le contraire (<ref-ruling> consid. 3.1 p. 96).
Dans le domaine des excès de vitesse, la jurisprudence a été amenée à fixer des règles précises afin d'assurer l'égalité de traitement. Ainsi, les éléments objectifs - et en principe subjectifs - du cas grave au sens de l'art. 90 al. 2 LCR sont réalisés, sans égard aux circonstances concrètes, en cas de dépassement de la vitesse autorisée de 25 km/h ou plus à l'intérieur des localités, de 30 km/h ou plus hors des localités et sur les semi-autoroutes dont les chaussées, dans les deux directions, ne sont pas séparées et de 35 km/h ou plus sur les autoroutes (arrêts 6B_1039/2021 du 14 janvier 2022 consid. 1.3.1; 6B_973/2020 du 25 février 2021 consid. 2.1; cf. <ref-ruling> consid. 1.3 p. 512).
Cependant, la jurisprudence admet que dans des circonstances exceptionnelles, il y a lieu d'exclure l'application du cas grave alors même que le seuil de l'excès de vitesse fixé a été atteint (<ref-ruling> consid. 1.3 p. 512 et les références citées).
1.1.2. Aux termes de l'art. 13 CP, quiconque agit sous l'influence d'une appréciation erronée des faits est jugé d'après cette appréciation si elle lui est favorable (al. 1). Quiconque pouvait éviter l'erreur en usant des précautions voulues est punissable pour négligence si la loi réprime son acte comme infraction de négligence (al. 2). Agit sous l'emprise d'une erreur sur les faits celui qui n'a pas connaissance ou qui se base sur une appréciation erronée d'un élément constitutif d'une infraction pénale (<ref-ruling> consid. 3.1 p. 240; plus récemment: arrêts 6B_1445/2019 du 17 avril 2020 consid. 3.1; 6B_943/2019 du 7 février 2020 consid. 4.1). L'auteur ne se trouve pas dans une erreur sur les faits lorsqu'il est conscient, au moment d'agir, d'ignorer des éléments factuels ou juridiques qui lui seraient importants pour apprécier la portée de son propre comportement (<ref-ruling> consid. 2.3.1 p. 16; arrêts 6B_550/2021 du 19 janvier 2022 consid. 3.4.1; 6B_1072/2020 du 26 mai 2021 consid. 3.1). En droit de la circulation routière, qui prévoit expressément la punissabilité de la négligence (art. 100 ch. 1 al. 1 LCR), les exigences d'attention très élevées posées au conducteur ont pour conséquence que son éventuelle erreur sur les faits, en tant que défaut de conscience d'une situation, devra en général être considérée comme évitable au sens de l'art. 13 al. 2 CP, et par conséquent comme punissable au titre de la négligence (CÉDRIC MIZEL, Droit et pratique illustrée du retrait du permis de conduire, 2015, p. 318 s.).
1.1.3. Le Tribunal fédéral n'est pas une autorité d'appel, auprès de laquelle les faits pourraient être rediscutés librement. Il est lié par les constatations de fait de la décision entreprise (art. 105 al. 1 LTF), à moins qu'elles n'aient été établies en violation du droit ou de manière manifestement inexacte au sens des art. 97 al. 1 et 105 al. 2 LTF, à savoir, pour l'essentiel, de façon arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. Une décision n'est pas arbitraire du seul fait qu'elle apparaît discutable ou même critiquable; il faut qu'elle soit manifestement insoutenable et cela non seulement dans sa motivation mais aussi dans son résultat (<ref-ruling> consid. 1.3.1; <ref-ruling> consid. 1.1; <ref-ruling> consid. 1.1; sur la notion d'arbitraire voir <ref-ruling> consid. 4.1.2 et les arrêts cités). Le Tribunal fédéral n'entre en matière sur les moyens fondés sur la violation de droits fondamentaux, dont l'interdiction de l'arbitraire, que s'ils ont été invoqués et motivés de manière précise (art. 106 al. 2 LTF); les critiques de nature appellatoire sont irrecevables (<ref-ruling> consid. 4.1.2 et les arrêts cités).
La présomption d'innocence, garantie par les art. 10 CPP, 32 al. 1 Cst., 14 par. 2 Pacte ONU II et 6 par. 2 CEDH, ainsi que son corollaire, le principe "in dubio pro reo", concernent tant le fardeau de la preuve que l'appréciation des preuves au sens large. En tant que règle sur le fardeau de la preuve, elle signifie, au stade du jugement, que le fardeau de la preuve incombe à l'accusation et que le doute doit profiter au prévenu. Comme règle d'appréciation des preuves, la présomption d'innocence signifie que le juge ne doit pas se déclarer convaincu de l'existence d'un fait défavorable à l'accusé si, d'un point de vue objectif, il existe des doutes quant à l'existence de ce fait. Il importe peu qu'il subsiste des doutes seulement abstraits et théoriques, qui sont toujours possibles, une certitude absolue ne pouvant être exigée. Il doit s'agir de doutes sérieux et irréductibles, c'est-à-dire de doutes qui s'imposent à l'esprit en fonction de la situation objective. Lorsque l'appréciation des preuves et la constatation des faits sont critiquées en référence au principe "in dubio pro reo", celui-ci n'a pas de portée plus large que l'interdiction de l'arbitraire (<ref-ruling> consid. 1.3.1; <ref-ruling> consid. 1.1).
Déterminer ce qu'une personne a su, voulu, envisagé ou accepté relève du contenu de la pensée, à savoir de "faits internes" qui, en tant que tels, lient le Tribunal fédéral conformément à l'art. 105 al. 1 LTF, à moins qu'ils aient été retenus de manière arbitraire (<ref-ruling> consid. 7.3.1 p. 448; <ref-ruling> consid. 6.3 p. 375).
1.2. Relevant que le recourant - qui avait admis que le compteur indiquait au moins 100 km/h - était conscient de rouler à une vitesse largement supérieure (plus d'un quart) à celle autorisée, la cour cantonale a exclu l'erreur sur les faits. Cette conclusion s'imposait d'autant plus que le compteur devait indiquer 108.8 km/h, révélant ainsi à un conducteur attentif un excès très proche de 30 km/h et donc du cas grave. Le recourant savait en outre que le chiffre pointé par l'aiguille n'était pas forcément précis, comme il l'avait exposé lors des débats, imprécision encore aggravée par le fait que l'aiguille vibrait. Le recourant s'était dès lors consciemment satisfait d'une vitesse excessive, constatable sur le compteur, et dont il ne pouvait dans tous les cas pas exclure qu'elle put relever du cas grave. La cour cantonale a jugé que les conditions de l'art. 90 al. 2 LCR étaient réalisées.
1.3. Le recourant ne conteste pas avoir circulé à une vitesse de 110 km/h sur un tronçon limité à 80 km/h et avoir commis un dépassement de 30 km/h de la vitesse autorisée. La condition objective de violation grave des règles de la circulation est réalisée, ce qui n'est pas discuté.
Sous l'angle subjectif, le recourant livre sa propre appréciation des éléments dont il avait conscience. Ce procédé, largement appellatoire est irrecevable. Au demeurant, il se contredit en affirmant avoir cru rouler à 108.8 km/h dans une partie de son mémoire (mémoire de recours p. 5 in initio), puis avoir été convaincu de rouler à 100 km/h au maximum (mémoire de recours p. 9 et 15). Quoiqu'il en soit, le recourant ne conteste pas avoir remarqué, lors de la conduite du véhicule, que l'aiguille du compteur mécanique était imprécise et vibrait, pouvant assez facilement passer de 60 km/h à 70 km/h, selon ses propres déclarations (jugement entrepris consid. 2.2). Compte tenu de l'imprécision du compteur et d'une marge de l'ordre de 10 km/h constatées par le recourant, celui-ci ne saurait rien déduire en sa faveur d'une vitesse indiquée de 108.8 km/h pour prétendre n'avoir pas envisagé rouler en réalité à 110 km/h. Le recourant échoue ainsi à démontrer que la cour cantonale aurait fait preuve d'arbitraire en retenant qu'il s'était consciemment satisfait de commettre un excès de vitesse de 30 km/h. Cela étant, et dans les circonstances d'espèce, impliquant un dépassement d'une file de véhicules sur une route à circulation dense (cf. jugement entrepris consid. 2.1), le recourant ne pouvait qu'être conscient du caractère généralement dangereux de son comportement. Pour le surplus, il ne fait valoir aucune circonstance particulière justifiant de s'écarter, sous l'angle de l'élément subjectif, des règles générales à l'aune desquelles se définit le cas grave au sens de l'art. 90 al. 2 LCR (cf. supra consid. 1.1.1; <ref-ruling> consid. 1.3 p. 512).
Les éléments qui précèdent suffisent à exclure l'erreur sur les faits, faute pour le recourant de s'être faussement représenté la réalité s'agissant de l'excès de vitesse commis (art. 13 al. 1 CP). Tout au plus l'erreur aurait-elle été évitable au sens de l'art. 13 al. 2 CP, si le recourant, conscient de l'imprécision du compteur, avait usé des précautions voulues. Or cette disposition ne lui est d'aucun secours, l'infraction étant réalisée par négligence grossière (cf. art. 100 ch. 1 LCR; arrêts 6B_1039/2021 précité consid. 1.4.2; 6B_1445/2019 précité consid. 3.2 en ce sens). Pour ce même motif, c'est en vain que le recourant insiste à plusieurs reprises sur une absence d'intention de sa part (mémoire de recours p. 15, 17, 18, 19).
En définitive, dans les circonstances d'espèce, la cour cantonale n'a pas violé le droit fédéral en reconnaissant le recourant coupable de violation grave des règles de la circulation routière (art. 90 al. 2 LCR; cf. en ce sens également arrêts 6B_973/2020 précité consid. 2; 6B_345/2019 du 18 avril 2019 consid. 2.3).
1.4. Le recourant ne discute d'aucune manière la peine prononcée, de sorte qu'il n'y a pas lieu de l'examiner plus avant.
2.
Le recours doit être rejeté dans la mesure de sa recevabilité. Le recourant, qui succombe, supporte les frais judiciaires (art. 66 al. 1 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2.
Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
3.
Le présent arrêt est communiqué aux parties et au Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour pénale I.
Lausanne, le 28 mars 2022
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente : Jacquemoud-Rossari
La Greffière : Klinke