Sachverhalt:
A. X._ (geb. 1958) und Y._ (geb. 1960) heirateten am 16. Juni 2005. Sie sind die Eltern der gemeinsamen Kinder A._ (geb. 1991) und B._ (geb. 1998).
Auf Gesuch der Ehefrau vom 2. Oktober 2010 hin nahm die Einzelrichterin des Bezirksgerichts Luzern mit Entscheid vom 8. Juli 2011 von der Aufhebung des gemeinsamen Haushalts sowie von der Trennung Vormerk (Ziff. 1), teilte die elterliche Obhut über B._ der Ehefrau zu (Ziff. 2), regelte das Besuchs- und Ferienrecht (Ziff. 3), sprach das im Miteigentum der Parteien stehende Haus für die Dauer des Getrenntlebens dem Ehemann zum alleinigen Nutzen und Gebrauch zu (Ziff. 4), verpflichtete den Ehemann zur Zahlung von Kinderunterhalt im Umfang von Fr. 400.-- ab 1. Oktober 2010 (Ziff. 5) sowie die Ehefrau zur Zahlung von Ehegattenunterhalt von Fr. 600.-- ab 1. April 2011 (Ziff. 6). Ausserdem wies sie die Gesuche beider Parteien um unentgeltliche Rechtspflege ab (Ziff. 7).
B. Gegen diesen Entscheid erhob die Ehefrau am 28. Juli 2011 Berufung, welche das Obergericht des Kantons Luzern mit Urteil vom 15. Dezember 2011 teilweise guthiess und die Ziffern 4, 5 und 6 des erstinstanzlichen Entscheids in dem Sinne abänderte, als es die Liegenschaft zum alleinigen Gebrauch und Nutzen der Ehefrau zuwies, den Ehemann vom 1. Oktober 2010 bis zum 31. März 2011 zur Zahlung eines Kinderunterhaltsbeitrages von Fr. 400.-- und danach ab dem 1. Juni 2012 von Fr. 1'000.-- verpflichtete; weiter verpflichtete es die Ehefrau vom 1. April 2011 bis zum 31. Mai 2012 zur Zahlung eines Ehegattenunterhaltsbeitrages von Fr. 200.--. Zudem wies es die Gesuche beider Parteien um unentgeltliche Rechtspflege ab.
C. In seiner Beschwerde in Zivilsachen vom 3. Februar 2012 beantragt X._ (nachfolgend Beschwerdeführer) dem Bundesgericht die aufschiebende Wirkung (Antrag 1), die Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids (Antrag 2), die Abweisung der Berufung bzw. die Bestätigung des erstinstanzlichen Entscheids mit Ausnahme der Erhöhung des Kinderunterhaltsbeitrages ab 1. Juni 2012 auf Fr. 1'000.--, eventualiter die Rückweisung an die Vorinstanz im Sinne der Erwägungen (Antrag 3) sowie die Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege im Verfahren vor der Vorinstanz sowie vor Bundesgericht unter Beiordnung des ihn vertretenden Rechtsanwalts (Antrag 4). Am 5. März 2012 nahm die Beschwerdegegnerin zum Gesuch um aufschiebende Wirkung Stellung und beantragte dessen Abweisung.
D. Mit Schreiben vom 6. März 2012 setzt der Beschwerdeführer das Bundesgericht darüber in Kenntnis, dass die Parteien bezüglich Antrag 3 einen Vergleich geschlossen haben, gestützt auf den das angefochtene Urteil abzuändern und das Verfahren insofern abzuschreiben sei, während er mit Bezug auf die Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege im kantonalen Verfahren sowie vor Bundesgericht (Antrag 4) an seiner Beschwerde festhalte.
Die Präsidentin der II. zivilrechtlichen Abteilung wies das Gesuch um aufschiebende Wirkung (Antrag 1) zufolge Gegenstandslosigkeit ab (Verfügung vom 8. März 2012).
Am 23. Mai 2012 ersuchte der Instruktionsrichter die Beschwerdegegnerin um Stellungnahme zum Schreiben des Beschwerdeführers vom 6. März 2012. Diese teilte dem Bundesgericht am 31. Mai 2012 mit, sie sei mit der Genehmigung des von der Gegenseite eingereichten Vergleichs bzw. mit der Abschreibung des Verfahrens einverstanden.
In der Folge unterbreitete der Instruktionsrichter den Parteien einen redaktionell präzisierten Vereinbarungstext (zum Wortlaut s. unten im Dispositiv, Ziffer 1), zu welchem die Parteien am 13. bzw. 15. Juni 2012 ihr Einverständnis erklärten.
Es wurden die Akten, in der Sache selbst aber keine Vernehmlassungen eingeholt.

Erwägungen:
1. Gemäss Beschwerdeschrift vom 3. Februar 2012 angefochten ist ein kantonal letztinstanzlicher Entscheid über vorsorgliche Massnahmen im Scheidungsverfahren mit einem Fr. 30'000.-- übersteigenden Streitwert (Art. 72 Abs. 1, Art. 74 Abs. 1 lit. b und Art. 75 Abs. 1 BGG). Hiergegen steht die Beschwerde in Zivilsachen offen.
2. 2.1 In seiner Eingabe vom 6. März 2012 führt der Beschwerdeführer aus, die Liegenschaft der Parteien sei am 5. Februar 2012 praktisch vollständig ausgebrannt und folglich nicht mehr bewohnbar. Deshalb hätten die Parteien die neue Situation besprochen und sich auf die dem Bundesgericht eingereichte Vereinbarung vom 23. Februar bzw. 3. März 2012 geeinigt.
2.2 Gestützt auf diese Vereinbarung (s. oben Sachverhalt D.) beantragt der Beschwerdeführer die Abänderung von Ziff. 1.4, 1.5 sowie 1.6 des Urteils des Obergerichts vom 15. Dezember 2011. Diese Ziffern lauten gemäss erwähntem Obergerichtsurteil wie folgt:
"1.4 Das im Miteigentum der Parteien stehende eheliche Haus C._ in Luzern wird ab dem 1. Juni 2012 für die Dauer des Getrenntlebens samt Mobiliar und Inventar der Gesuchstellerin zum alleinigen Nutzen und Gebrauch zugewiesen. Beim Auszug aus dem Wohnhaus hat der Gesuchsgegner der Gesuchstellerin sämtliche Schlüssel zu übergeben.
1.5 Der Gesuchsgegner bezahlt der Gesuchstellerin an den Unterhalt von B._ ab dem 1. Oktober 2010 einen monatlichen, auf den Ersten des Monats vorauszahlbaren und ab Verfall zu 5% verzinslichen Unterhaltsbeitrag von Fr. 400.-- bis 31. März 2011 und danach wieder ab dem 1. Juni 2012 von Fr. 1'000.--.
1.6 Die Gesuchstellerin bezahlt dem Gesuchsgegner vom 1. April 2011 bis 31. Mai 2012 einen monatlichen, auf den Ersten des Monats vorauszahlbaren, und ab Verfall zu 5% verzinslichen Unterhaltsbeitrag von Fr. 200.--."
2.3 Die Vereinbarung vom 23. Februar bzw. 3. März 2012 lautet wie folgt:
2.3 Die Vereinbarung vom 23. Februar bzw. 3. März 2012 lautet wie folgt:
"1. Ziff. 1.4, 1.5 und 1.6 des Urteils des Obergerichts vom 15. Dezember 2011 werden hiermit wie folgt einvernehmlich aufgehoben bzw. abgeändert:
Ziffer 1.4 des Urteils des Obergerichts ist aufgrund der Unbewohnbarkeit des Hauses sowie der Zerstörung des Mobiliars obsolet geworden und wird einvernehmlich ersatzlos aufgehoben.
Ziffer 1.5 des vorerwähnten Urteils wird wie folgt angepasst: Die Unterhaltsbeiträge für B._ vom 1. Juni 2012 bis 31. Juli 2012 werden aufgehoben.
Der Gesuchsgegner bezahlt der Gesuchstellerin an den Unterhalt von B._ folgenden monatlichen, auf den ersten des Monats vorauszahlbaren und ab Verfall zu 5% verzinslichen Unterhaltsbeitrag
- ab dem 1. August 2012 monatlich CHF 800.00
- ab dem 1. Januar 2013 gilt wieder der durch das Obergericht festgelegte Betrag von monatlich CHF 1'000.--.
Ziff. 1.6:
Die Parteien verzichten gegenseitig auf einen persönlichen Unterhaltsbeitrag.
2. Die offenen Unterhaltsbeiträge gemäss Ziff. 1.5 des Urteils des Obergerichts für B._ für den Zeitraum vom 1. Oktober 2010 bis 31. März 2012 in der Höhe von 2'400.00 Zins [sic] werden verrechnet mit den Unterhaltsbeiträgen des Gesuchsgegners gemäss Ziff. 1.6 für den Zeitraum vom 1. April 2011 bis 31. Mai 2012 in der Höhe von insgesamt CHF 2'800.00. Der Gesuchsgegner verzichtet gestützt auf diese einvernehmliche Regelung auf die Differenz von Fr. 400.00 zu seinen Gunsten.
3. Der Beschwerdeführer zieht seine beim Bundesgericht eingereichte Beschwerde zurück, aufrechterhalten bleibt diese in Bezug auf Verweigerung der unentgeltlichen Rechtspflege vor Obergericht bzw. am Antrag [sic] auf Gewährung der vollumfänglichen unentgeltlichen Rechtspflege vor Bundesgericht hält er ausdrücklich fest. Die Verfahrenskosten vor Bundesgericht hat er bzw. der Staat im Rahmen der ihm zu erteilenden unentgeltlichen Rechtspflege zu tragen."
2.4 Die Parteien ersuchen um Genehmigung ihrer Vereinbarung. Wie bereits unter dem OG prüft und genehmigt das im Rahmen eines zulässigen Rechtsmittels angerufene Bundesgericht ihm eingereichte Scheidungskonventionen. Gegenstand der Prüfung sind Vollständigkeit, Klarheit, Zulässigkeit sowie - bei vermögensrechtlichen Fragen allerdings nur in beschränktem Umfang - sachliche Angemessenheit der Vereinbarung (ausführlich zum Ganzen: Urteil 5A_123/2012 vom 28. Juni 2012, E. 1 mit zahlreichen Hinweisen, zur Publikation vorgesehen). Das vorstehend Gesagte gilt auch für Konventionen, die in einem scheidungsrechtlichen vorsorglichen Massnahmeverfahren geschlossen werden (ebenso schon unter dem OG: Urteil 5P.27/1993 vom 5. Februar 1994 E. 5b).
2.5 Der von den Parteien eingereichte Vereinbarungstext (s. oben E. 2.3) wurde vom Instruktionsrichter redaktionell präzisiert (zum Wortlaut s. unten im Dispositiv, Ziffer 1), wozu die Parteien in der Folge ihre Zustimmung erteilt haben (s. oben Sachverhalt D). Der präzisierte Vereinbarungstext kann genehmigt werden und ist in das Dispositiv des vorliegenden Urteils aufzunehmen.
3. Zu beurteilen bleibt die Beschwerde, soweit sie sich gegen die Verweigerung der unentgeltlichen Rechtspflege für das oberinstanzliche Verfahren richtet.
3.1 Die Vorinstanz hielt fest, dass der Beschwerdeführer bereits vor der ersten Instanz sein monatliches Bruttoeinkommen mit Fr. 3'000.-- bis Fr. 4'000.-- beziffert habe und ging letztlich von einem effektiven Einkommen von Fr. 3'500.-- aus; hinzu rechnete sie den dem Beschwerdeführer zugesprochenen Ehegattenunterhaltsbeitrag von monatlich Fr. 200.--. Bei notwendigen Auslagen von Fr. 3'000.-- verbleibe ihm ein Überschuss von Fr. 700.--, womit er in der Lage sei, die Prozesskosten innert rund eines Jahres zu tilgen.
3.2 Der Beschwerdeführer rügt die Annahme eines Einkommens von Fr. 3'500.-- als "offensichtlich falsch und willkürlich", sie basiere auf "absolut keinen entsprechenden Belegen". Vielmehr habe er erstinstanzlich ausgeführt, ein monatliches Nettoeinkommen von ca. Fr. 2'900.-- zu erzielen. Zudem habe er im Verfahren Belege eingereicht, woraus ein effektives Einkommen von höchstens Fr. 2'000.-- pro Monat resultiere. Daraus ergebe sich eine Unterdeckung von Fr. 1'000.--, weshalb er als bedürftig zu gelten habe.
3.3 Mit diesen Ausführungen vermag der Beschwerdeführer keine Willkür darzutun, denn er kritisiert pauschal und ohne gleichzeitige Erhebung qualifizierter Sachverhaltsrügen (vgl. dazu Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG sowie <ref-law>; ausführlich: Urteil 4A_280/2009 vom 31. Juli 2009, E. 1.4, in: SJ 2010 I S. 200). Weder äussert er sich zur vorinstanzlichen Feststellung, wonach er selbst vor erster Instanz ein monatliches Bruttoeinkommen von Fr. 3'000.-- bis Fr. 4'000.-- angegeben habe, noch nennt er Aktenhinweise betreffend seine im kantonalen Verfahren angeblich eingereichten Belege. Darauf ist nicht einzutreten.
Die Rüge, es sei unzulässig, im Zusammenhang mit der unentgeltlichen Rechtspflege ein hypothetisches Einkommen anzurechnen, geht an der Sache vorbei, denn mit Blick auf die unentgeltliche Rechtspflege hat die Vorinstanz - anders als für die Ermittlung der Unterhaltspflicht - einzig auf das tatsächliche Einkommen abgestellt. Ebenso irrelevant ist das Vorbringen des Beschwerdeführers, er habe die monatlichen Unterhaltsbeiträge von Fr. 200.-- noch nie erhalten, denn diese sind geschuldet und vollstreckbar.
Auch dass das eheliche Haus, dessen alleinigen Nutzen und Gebrauch die Vorinstanz der Beschwerdegegnerin zusprach, kurz nach Einreichen der Beschwerde an das Bundesgericht teilweise ausbrannte, kann für die Beurteilung der unentgeltlichen Rechtspflege im vorinstanzlichen Verfahren keine Rolle spielen.
4. Nach dem Gesagten ist die Vereinbarung zu genehmigen und in das Dispositiv aufzunehmen, die Beschwerde im Übrigen aber abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann.
Der Beschwerdeführer unterliegt und würde damit an sich kostenpflichtig (<ref-law>). Aufgrund des teilweisen Rückzugs der Beschwerde (<ref-law>) und der besonderen Umstände (nachträglicher Brand der Familienwohnung) wird ausnahmsweise auf die Erhebung von Gerichtskosten verzichtet.
Nachdem bereits die Vorinstanz die Bedürftigkeit des Beschwerdeführers verneint hat und in dieser Hinsicht keine neuen Erkenntnisse vorliegen, fehlt es auch im Verfahren vor Bundesgericht an einer materiellen Voraussetzung der unentgeltlichen Rechtspflege (<ref-law>), weshalb das entsprechende Gesuch abzuweisen ist.
Das Gesuch um aufschiebende Wirkung wäre mutmasslicherweise gutgeheissen worden, so dass die Beschwerdegegnerin unterlegen wäre. Demzufolge steht ihr kein Anspruch auf Entschädigung zu.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Vereinbarung in Sachen vorsorglicher Massnahmen im Scheidungsverfahren der Parteien vom 23. Februar bzw. 3. März 2012 wird gerichtlich genehmigt. Die Dispositivziffer 1 des Urteils des Obergerichts des Kantons Luzern vom 15. Dezember 2011 wird aufgehoben. Die Dispositivziffern 4., 5. und 6. des Entscheids der Einzelrichterin der Abteilung 2 des Bezirksgerichts Luzern vom 8. Juli 2011 werden aufgehoben und mit Wirkung ab 1. Juni 2012 neu wie folgt gefasst:
"4. [entfällt]
5. Für die Zeit vom 1. Juni 2012 bis 31. Juli 2012 schuldet der Gesuchsgegner keine Kinderunterhaltsbeiträge.
Der Gesuchsgegner bezahlt der Gesuchsstellerin an den Unterhalt von B._ folgenden monatlichen, auf den ersten des Monats vorauszahlbaren und ab Verfall zu 5% verzinslichen Unterhaltsbeitrag
- ab dem 1. August 2012 monatlich CHF 800.00
- ab dem 1. Januar 2013 monatlich CHF 1'000.00
6. Die Parteien verzichten gegenseitig auf einen persönlichen Unterhaltsbeitrag."
Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen, soweit darauf eingetreten werden kann.
2. Es werden keine Kosten erhoben.
3. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege des Beschwerdeführers wird abgewiesen, soweit es nicht gegenstandslos geworden ist.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Luzern, 3. Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 16. Juli 2012
Im Namen der II. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Hohl
Der Gerichtsschreiber: Schwander