Sachverhalt:
A. Der 1958 geborene P._ war ab 15. November 1999 als Fenstermonteur für die W._ AG tätig. Nachdem die Gesellschaft dieses Arbeitsverhältnis auf den 31. Dezember 2001 durch Kündigung aufgelöst hatte, offerierte sie P._ eine Anstellung im Stundenlohn, es kam aber lediglich zu einem eintägigen Einsatz im April 2002. Abgesehen von einer kurzzeitigen Beschäftigung für eine Temporärgesellschaft im September 2002 war P._ in der Folge nicht mehr erwerbstätig. Am 10. Dezember 2002 meldete er sich bei der Gemeinde X._ zur Arbeitsvermittlung an. Auf der Fahrt in die Ferien nach Portugal war P._ am 14. Dezember 2002 als Lenker eines Personenwagens in Spanien von einem Verkehrsunfall betroffen, bei welchem er sich laut Arztzeugnis UVG des Dr. med. I._, Prakt. Arzt, vom 13. April 2003 eine sekundär instabile Fraktur des Brustwirbelkörpers (BWK) 12 und eine Deckplattenimpression des Lendenwirbelkörpers (LWK) 2 zuzog. Am 26. Dezember 2002 und 3. Januar 2003 wurden eine dorsale Instrumentierung LWK1 zu BWK11 und eine bisegmentale intercorporelle Spondylodese ventral durchgeführt (Operationsberichte des Spitals Z._, Klinik für Orthopädie, vom 10. Januar und 25. Februar 2003). Das Osteosynthesematerial wurde am 19. April 2004 entfernt (Operationsbericht des Spitals Z._, Klinik für Orthopädie, vom 21. April 2004). Nachdem die Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA) eine Leistungspflicht für die Folgen dieses Unfalls zunächst abgelehnt hatte (Einspracheentscheid vom 21. November 2007, bestätigt mit Entscheid des Verwaltungsgerichts des Kantons Obwalden vom 12. November 2009), bejahte das Bundesgericht mit Urteil 8C_1010/2009 vom 2. Juni 2010 die Versicherteneigenschaft von P._ und wies die Angelegenheit an die SUVA zurück, damit sie über den Leistungsanspruch verfüge.
Am 5. Mai 2004 hatte sich P._ zudem zum Bezug von Leistungen der Invalidenversicherung angemeldet. Nach Abklärung der gesundheitlichen und erwerblichen Verhältnisse sprach ihm die IV-Stelle Obwalden mit Verfügung vom 17. Januar 2008 rückwirkend ab 1. Dezember 2003 eine ganze Rente und ab 1. November 2006 eine Viertelsrente zu. Das Verwaltungsgericht des Kantons Obwalden hiess die dagegen erhobene Beschwerde in dem Sinne gut, dass es die Verfügung vom 17. Januar 2008 aufhob und die Sache zur weiteren Abklärung und Neubeurteilung im Sinne der Erwägungen an die IV-Stelle zurückwies (Entscheid vom 12. November 2009). In der Folge holte die IV-Stelle die Expertise des Ärztlichen Abklärungsinstituts Y._ vom 11. November 2010 ein. Nach Durchführung des Vorbescheidverfahrens bejahte sie mit Verfügung vom 19. April 2011 einen Anspruch auf eine befristete ganze Rente für die Zeit vom 1. Dezember 2003 bis 31. Dezember 2004, basierend auf einen Invaliditätsgrad von 100 %.
B. Das Verwaltungsgericht des Kantons Obwalden wies die gegen die Verfügung vom 19. April 2011 erhobene Beschwerde ab (Entscheid vom 23. Januar 2013).
C. P._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, der vorinstanzliche Entscheid vom 23. Januar 2013 sei aufzuheben, das kantonale Gericht sei anzuweisen, ein medizinisches Gutachten bei einem Wirbelsäulenspezialisten anzuordnen, und es sei ihm, nebst dem Anspruch auf eine ganze Rente bei einer Invalidität von 100 % vom 1. Dezember 2003 bis 31. Dezember 2004, ab 1. Januar 2005 eine Rente bei einer Invalidität von mindestens 60 % auszurichten.
Die vorinstanzlichen Akten wurden eingeholt. Ein Schriftenwechsel wurde nicht durchgeführt.

Erwägungen:
1. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (<ref-law>) kann wegen Rechtsverletzung gemäss Art. 95 f. BGG erhoben werden. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>), und kann deren Sachverhaltsfeststellung von Amtes wegen nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht (<ref-law>). Es wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Immerhin prüft es, unter Berücksichtigung der allgemeinen Begründungspflicht der Beschwerde (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG), grundsätzlich nur die geltend gemachten Rügen, sofern die rechtlichen Mängel nicht geradezu offensichtlich sind. Es ist jedenfalls nicht gehalten, wie eine erstinstanzliche Behörde alle sich stellenden rechtlichen Fragen zu untersuchen, wenn diese vor Bundesgericht nicht mehr vorgetragen wurden (<ref-ruling> E. 1.4.1 S. 254).
2. Das kantonale Gericht hat die massgeblichen Rechtsgrundlagen unter Berücksichtigung der intertemporalrechtlichen Fragen, die sich aufgrund der am 1. Januar 2004 und 1. Januar 2008 im Rahmen der 4. und 5. IV-Revision erfolgten Rechtsänderungen stellen (vgl. Urteil 8C_829/2008 vom 23. Dezember 2008 E. 2.1 mit Hinweisen), zutreffend wiedergegeben. Es betrifft dies insbesondere die Bestimmungen und Grundsätze zu den Begriffen der Erwerbsunfähigkeit (<ref-law>) und der Invalidität (<ref-law> in Verbindung mit <ref-law>), zu den Voraussetzungen und zum Umfang des Rentenanspruchs (aArt. 28 Abs. 1 IVG [in der vom 1. Januar 2004 bis 31. Dezember 2007 in Kraft gestandenen Fassung], <ref-law>), zur Aufgabe der Ärzte bei der Ermittlung des Invaliditätsgrades (<ref-ruling> E. 4 S. 99 mit Hinweisen) und zum Beweiswert und zur Würdigung ärztlicher Berichte und Gutachten (<ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352). Darauf wird verwiesen.
Ergänzend ist anzufügen, dass gemäss Rechtsprechung bei rückwirkender Zusprechung einer abgestuften oder befristeten Invalidenrente nebst der Revisionsbestimmung des <ref-law> die Regelung über die Änderung des Leistungsanspruchs bei einer Verbesserung der Erwerbsfähigkeit (<ref-law>) analog anzuwenden ist, weil noch vor Erlass der ersten Rentenverfügung eine anspruchsbeeinflussende Änderung eingetreten ist mit der Folge, dass diese mitberücksichtigt wird (Urteil 8C_670/2011 vom 10. Februar 2012 E. 5.1 mit Hinweisen).
3. 3.1 In Würdigung der medizinischen Unterlagen, namentlich der Expertise des ärztlichen Abklärungsinstituts Y._ vom 11. November 2010, gelangt die Vorinstanz zum Schluss, seit Ende 2004 bestehe wieder eine 100%ige Arbeitsfähigkeit in einer dem Leiden angepassten Beschäftigung. Deshalb sei die ganze Rente von der IV-Stelle zu Recht bis 31. Dezember 2004 befristet worden.
3.2 Die Tatsachenfeststellungen des kantonalen Gerichts, vorliegend insbesondere die aus den medizinischen Akten gewonnene Erkenntnis, wonach seit Ende 2004 wieder eine 100%ige Arbeitsfähigkeit in einer körperlich leichten, wechselbelastenden Tätigkeit ohne Zwangshaltungen des Rumpfes bestehe, ist im letztinstanzlichen Prozess grundsätzlich verbindlich. Im Rahmen der eingeschränkten Sachverhaltskontrolle (<ref-law>) ist es nicht Aufgabe des Bundesgerichts, die schon im vorinstanzlichen Verfahren im Recht gelegenen medizinischen Berichte neu zu würdigen und die rechtsfehlerfreie Sachverhaltsfeststellung des kantonalen Gerichts hinsichtlich des aus medizinischer Sicht nicht eingeschränkten Leistungsvermögens und des Ausmasses der verbleibenden Arbeitsfähigkeit zu korrigieren (E. 1 hiervor).
3.2.1 Ob das vor Bundesgericht erstmals eingereichte Informationsblatt der Gesundheitskasse AOK als (echtes) Novum (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2.2 S. 196) zu gelten und von vornherein ausser Betracht zu bleiben hat (Urteil 8C_407/2012 vom 18. Juli 2012 E. 2.1 mit Hinweis), kann vorliegend offen bleiben, weil darin lediglich allgemeine Erklärungen zum Krankheitsbild der Spondylose mit Radikulopathie enthalten sind, welche vorliegend keine neuen Erkenntnisse bringen. Entgegen der Auffassung des Versicherten muss von den medizinischen Fachpersonen entschieden werden, ob im konkreten Fall eine Röntgenaufnahme oder eine Kernspintomographie zur Abklärung von Rückenschmerzen erforderlich ist. Der Gutachter des ärztlichen Abklärungsinstituts Y._ Dr. med. H._, Facharzt für Orthopädische Chirurgie FMH, konnte sich bei seiner Diagnose eines chronischen tieflumbalen Schmerzsyndroms ohne radikuläre Symptomatik auf eine vollständige Anamnese, eigene Untersuchungen und eigens für die Begutachtung veranlasste Röntgenbilder der Lendenwirbelsäule (LWS) und der unteren Brustwirbelsäule (BWS) vom 20. September 2010 stützen. Seine Schlussfolgerungen sind nachvollziehbar und überzeugend. Gestützt auf die vom Hausarzt Dr. med. B._, Allgemeine Medizin FMH, veranlasste Magnetresonanztomographie (MRT) der LWS und der BWS lassen sich gemäss Bericht der med. prakt. E._, Assistenzärztin Radiologie, M._ AG, vom 15. Februar 2011 namentlich ein Status nach älterer Sinterungsfraktur BWK12 mit angrenzenden kranialen und kaudalen osteochondrotischen/spondylotischen Veränderungen, eine dorsale Bandscheibenprotrusion auf der Höhe BWK4/5 und BWK7/8 mit leichter Impression des Duralsackes, multisegmentale degenerative Veränderungen der LWS, eine ausgeprägte bilaterale Spondylarthrose in sämtlichen LWS-Segmenten, eine relative Spinalkanalstenose im Segment L4/5 und eine Affektion der L5- und S1-Nervenwurzel beidseits feststellen. Mit Blick auf diese Befunde kann jedoch nicht darauf geschlossen werden, das Gutachten des ärztlichen Abklärungsinstituts Y._ sei in einem rechtserheblichen Punkt nicht beweiskräftig. Es ist notorisch, dass zur Beurteilung von rückenbedingten Einschränkungen das klinische Bild im Vordergrund steht und bildgebenden Abklärungen nur ein ergänzender Stellenwert zukommt. Nicht alle Diagnosen, welche in der Computertomographie oder Kernspintomographie erkennbar sind, verursachen Beschwerden. In diesem Sinne weist auch der Regionale Ärztliche Dienst in seiner Stellungnahme vom 29. März 2011 darauf hin, dass sich Beschwerden nicht aus bildgebenden Verfahren ablesen lassen würden. Auch wenn dem Versicherten beizupflichten ist, dass eine MRT grundsätzlich geeignet ist, neben konventionellen Röntgenaufnahmen weitere Aufschlüsse zu Schmerzursachen zu geben, so kann ihm doch nicht gefolgt werden, soweit er daraus sinngemäss ableiten will, in Kenntnis der MRT-Aufnahmen müsste die Beurteilung der Arbeitsfähigkeit anders ausfallen. Dr. med. H._ konnte sich aus der Sicht des orthopädischen Chirurgen ein umfassendes Bild über die gesundheitsbedingten Einschränkungen der Arbeitsfähigkeit machen.
3.2.2 Es trifft sodann nicht zu, dass Dr. med. H._ von einem pathogenetisch-ätiologisch unklaren syndromalen Schmerzsyndrom (vgl. dazu <ref-ruling> E. 4.2 S. 68 mit Hinweisen) ohne nachweisbare organische Grundlage ausging. Er nahm im Gegenteil an, dass sich die vom Versicherten anlässlich der Untersuchung angegebenen Beschwerden qualitativ grundsätzlich begründen liessen, allerdings nicht im quantitativen Ausmass. Für die Anerkennung einer erheblichen somatisch bedingten Einschränkung spricht auch, dass er körperlich mittelschwere und schwere Tätigkeiten überhaupt nicht mehr als zumutbar erachtete und körperlich leichte Beschäftigungen lediglich noch in wechselnden Körperhaltungen.
3.2.3 Schliesslich kann der Versicherte auch aus dem Umstand, dass die Expertin des ärztlichen Abklärungsinstituts Y._ Dr. med. R._, Fachärztin für Psychiatrie und Psychotherapie, berichtete, er habe sich eingeschränkt bewegt und über Schmerzen geklagt, während Dr. med. H._ feststellte, er habe sich beim Entkleiden relativ frei und ohne Schmerzangaben bewegt, nichts zu seinen Gunsten ableiten. Die Diskrepanz der sichtbaren Einschränkungen bei alltäglichen Verrichtungen, wie beispielsweise dem Entkleiden im Untersuchungszimmer, und bei Bewegungsabläufen, deren Ausführung explizit vom Gutachter oder von der Gutachterin erbeten wird, vermag bekanntlich unter bestimmten Umständen Aufschlüsse über den Umfang des nicht objektivierbaren Anteils von gesundheitlichen Störungen zu geben. Da sich der Versicherte vor den Augen der psychiatrischen Fachärztin nicht entkleiden musste, waren ihr solche Beobachtungen - welche mit Blick auf ihr Fachgebiet ohnehin nur begrenzt aussagekräftig gewesen wären - von vornherein nicht möglich, weshalb sie anlässlich ihrer Exploration allein über die Schmerzangaben des Beschwerdeführers und seine gezeigten körperlichen Einschränkungen berichten konnte. Im Übrigen ging auch Dr. med. H._ nicht von einer Schmerzfreiheit aus und die körperlichen Einschränkungen erachtete er als erheblich, ansonsten er kaum eine gänzliche Unzumutbarkeit für mittelschwere und schwere Arbeiten attestiert hätte. Die letztinstanzlich geltend gemachten Zweifel an der korrekten Wiedergabe der Beobachtungen während der Untersuchung durch Dr. med. H._ lassen sich nicht bestätigen. Die Vorinstanz durfte demgemäss in antizipierter Beweiswürdigung (<ref-ruling> E. 5.2 S. 69; <ref-ruling> E. 5.3 S. 236; <ref-ruling> E. 5.3 S. 148; <ref-ruling> E. 4b S. 94) - ohne gegen den Untersuchungsgrundsatz zu verstossen (<ref-law>; vgl. auch <ref-law>) - auf weitere medizinische Abklärungen verzichten, weil davon keine entscheidrelevanten neuen Erkenntnisse zu erwarten waren.
3.3 Die Befristung der ganzen Rente auf Ende 2004 erweist sich zusammenfassend als korrekt. Die Invaliditätsbemessung für die Zeit danach ergibt gemäss Verfügung der IV-Stelle vom 19. April 2011 einen rentenausschliessenden Invaliditätsgrad von 10 %. Gegen die Berechnung an sich werden keine Einwände erhoben, weshalb es dabei sein Bewenden hat.
4. Der Prozess ist kostenpflichtig (Art. 65 Abs. 1 und Abs. 4 lit. a BGG). Der unterliegende Beschwerdeführer hat die Gerichtskosten zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 800.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Obwalden und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 10. Mai 2013
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Leuzinger
Die Gerichtsschreiberin: Berger Götz