Faits:
A. A.X._, ressortissant du Kosovo (ex-Serbie-et-Monténégro) né en 1967, est entré en Suisse au mois de juin 1997 comme requérant d'asile. Sur le questionnaire rempli le 11 juillet 1997, il a indiqué qu'il était célibataire et sans enfant. Sa demande d'asile a été rejetée le 19 novembre 1997 par l'ancien Office fédéral des réfugiés et son renvoi a été prononcé, sans pouvoir être exécuté. Le 21 mai 1999, l'intéressé a été mis au bénéfice de l'admission provisoire collective prononcée par arrêté du Conseil fédéral du 7 avril 1999.
Le 28 février 2000, à Lausanne, A.X._ a épousé une ressortissante suisse née en 1961. A la suite de ce mariage, il a été mis au bénéfice d'une autorisation annuelle de séjour et de travail, régulièrement renouvelée. Le 2 mars 2005, un permis d'établissement lui a été délivré.
Le 26 août 2006, A.X._ et son épouse de nationalité suisse ont divorcé.
A.X._ a épousé en 2007 à Rahovec (Kosovo) B._, ressortissante de la République du Kosovo née en 1974. Celle-ci est entrée en Suisse le 6 avril 2007 avec un visa. Le 7 juin 2007, A.X._ a formé une demande de regroupement familial en faveur de son épouse.
B.X._ a annoncé son arrivée à Lausanne le 8 juin 2007. Sur le rapport d'arrivée, elle a laissé vide la rubrique relative aux membres de la famille restant à l'étranger. Elle a obtenu le 6 septembre 2007 une autorisation de séjour par regroupement familial. Elle dispose actuellement d'un titre de séjour valable jusqu'au 5 avril 2012.
Le 4 décembre 2007, "B.X._" a formé auprès de la représentation suisse à Pristina (Kosovo) une demande de visa pour regroupement familial en faveur des enfants C.X._, né en 1994, D.X._, née en 1996 et E.X._, née en 2003, tous trois ressortissants du Kosovo. Selon les explications fournies en procédure, la demande a été déposée par B.X._. La requête était accompagnée des actes de naissance des enfants du 20 novembre 2007, tirés d'inscriptions respectivement du 28 décembre 2006 (C.X._, D.X._) et du 9 janvier 2007 (E.X._) et fondés sur des décisions respectivement du 27 décembre 2006 (C.X._, D.X._) et du 21 décembre 2006 (E.X._). Selon ces actes, le père des enfants est A.X._.
Le Service de la population du canton de Vaud a requis le 2 juin 2008 une enquête visant à élucider la situation des intéressés au vu des circonstances qui précèdent. La police a ainsi procédé à l'audition de l'ex-épouse d'origine suisse (13 août 2008), ainsi que de A.X._ et de B.X._ (28 août 2008).
Le 18 décembre 2008, B.X._ a relancé le Service de la population, en expliquant que sa fille D.X._, gravement malade depuis quelques mois, était hospitalisée et n'avait que sa grand-mère, elle-même très faible. Elle a produit un rapport médical cardiologique du 11 décembre 2008 faisant état de "febris rheumatica" chez cette enfant.
Après avoir donné à B.X._ la possibilité de s'exprimer, le Service de la population a, par décision du 28 avril 2009, refusé de délivrer l'autorisation d'entrée et de séjour sollicitée en faveur des enfants C.X._, D.X._ et E.X._. Ce prononcé est entré en force.
B. Le 1er juin 2010, le Bureau des étrangers de Lausanne a enregistré l'arrivée le 15 août 2009, sans visa, des enfants C.X._, D.X._ et E.X._. Dans un courrier du 31 mai 2010, A.X._ a exposé que sa fille cadette D.X._ était brusquement tombée malade. Vu sa "situation favorable" en Suisse et l'"impossibilité de séjour" de ses enfants au Kosovo, il s'était dépêché de les faire venir en Suisse dans les plus brefs délais. Il requérait ainsi un titre de séjour en leur faveur.
Le 13 juillet 2010, le Service de la population a informé A.X._ et B.X._ de son intention de ne pas autoriser le regroupement familial sollicité en faveur des trois enfants. Les intéressés se sont déterminés dans un courrier du 29 juillet 2010, où ils ont notamment évoqué la naissance de leur fils F.X._, en 2010.
Par décision du 23 août 2010, le Service de la population a refusé de délivrer une autorisation de séjour en faveur des enfants C.X._, D.X._ et E.X._ et ordonné leur renvoi de Suisse.
Agissant tant en leur nom qu'en celui de leurs trois enfants C.X._, D.X._ et E.X._, A.X._ et B.X._ ont déféré cette décision à la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal).
Entre autres mesures d'instruction, le Tribunal cantonal a mis en oeuvre une expertise ADN. Il en ressort que A.X._ et B.X._ sont bien les parents biologiques de C.X._, D.X._ et E.X._.
Par arrêt du 23 mars 2011, le Tribunal cantonal a rejeté le recours. Il n'a pas tranché la question de savoir si la nouvelle demande de regroupement familial du 30 mai/1er juin 2010 était admissible comme demande de réexamen, en considérant qu'elle devait de toutes manières être rejetée. En effet, s'agissant des enfants C.X._ et D.X._, la demande était tardive, faute d'avoir été déposée dans le délai de douze mois échéant le 31 décembre 2008. Le regroupement pouvait dès lors seulement être accordé pour des raisons familiales majeures, lesquelles n'étaient pas avérées en l'espèce. En outre, A.X._ et B.X._ avaient dissimulé leurs trois enfants aux autorités de police des étrangers, ce qui, en vertu des art. 51 al. 2 et 62 let. a de la loi fédérale du 16 décembre 2005 sur les étrangers (LEtr; RS 142.20), conduisait au refus du regroupement familial, aussi à l'égard de l'enfant E.X._, pour qui la demande avait été formée dans le délai.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public et du recours constitutionnel subsidiaire, A.X._ et B.X._, ainsi que C.X._, D.X._ et E.X._, demandent au Tribunal fédéral, sous suite de frais et dépens, d'annuler l'arrêt du 23 mars 2011 et d'admettre le regroupement familial en faveur des enfants prénommés. A titre préalable, ils requièrent que leur recours soit doté de l'effet suspensif. Ils demandent également à bénéficier de l'assistance judiciaire.
L'autorité précédente s'en remet à justice quant à la recevabilité du recours et conclut à son rejet sur le fond. Le Service de la population renonce à se déterminer. L'Office fédéral des migrations propose de rejeter le recours.
Par ordonnance présidentielle du 10 mai 2011, la requête d'effet suspensif a été admise.

Considérant en droit:
1. 1.1 Les recourants ont formé, en un seul acte (cf. <ref-law>), un recours en matière de droit public et un recours constitutionnel subsidiaire. La recevabilité du premier excluant celle du second (cf. <ref-law>), il convient d'examiner en priorité si la voie du recours en matière de droit public est ouverte.
1.2 D'après l'art. 83 let. c ch. 2 LTF, le recours en matière de droit public est irrecevable contre les décisions en matière de droit des étrangers qui concernent une autorisation à laquelle ni le droit fédéral ni le droit international ne donnent droit. Selon la jurisprudence, il suffit, sous l'angle de la recevabilité, qu'il existe un droit potentiel à l'autorisation, étayé par une motivation soutenable, pour que cette clause d'exclusion ne s'applique pas et que, partant, la voie du recours en matière de droit public soit ouverte. La question de savoir si les conditions d'un tel droit sont effectivement réunies relève du fond (<ref-ruling> consid. 1.1 p. 179, 497 consid. 3.3 p. 500 s.).
En l'occurrence, du moment que les recourants 3 à 5 vivent avec leur père qui est titulaire d'une autorisation d'établissement en Suisse, les art. 43 al. 1 LEtr et 8 CEDH sont potentiellement de nature à leur conférer un droit à une autorisation de séjour. Le recours est ainsi recevable au regard de l'art. 83 let. c ch. 2 LTF. La voie du recours en matière de droit public est donc ouverte et le recours constitutionnel subsidiaire, partant, irrecevable.
1.3 Les autres conditions de recevabilité étant réunies, il se justifie d'entrer en matière.
2. Dans un grief formel qu'il convient d'examiner en premier lieu, les recourants se plaignent de violation de l'obligation de motiver comme composante du droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.).
2.1 Selon la jurisprudence relative à l'art. 29 al. 2 Cst., la motivation d'une décision est suffisante lorsque l'autorité mentionne, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidée et sur lesquels elle a fondé sa décision, de manière à ce que l'intéressé puisse se rendre compte de la portée de celle-ci et l'attaquer en connaissance de cause. L'autorité ne doit toutefois pas se prononcer sur tous les moyens des parties; elle peut se limiter aux questions décisives (<ref-ruling> consid. 5.2 p. 236; 184 consid. 2.2.1 p. 188; <ref-ruling> consid. 2.6 p. 73).
2.2 Les recourants font valoir que la demande de regroupement pour l'enfant E.X._ a été déposée dans le délai de cinq ans de l'art. 47 al. 1 LEtr, ce que l'autorité précédente a admis. Ils reprochent à cette dernière de ne pas avoir indiqué les motifs pour lesquels elle a cependant nié le droit au regroupement de cette enfant.
Cette critique est manifestement mal fondée: il ressort clairement de la décision attaquée que l'autorité précédente a considéré que les recourants 1 et 2 avaient dissimulé leurs trois enfants aux autorités de police des étrangers; ils avaient ainsi dissimulé des faits essentiels, au sens de l'art. 62 let. a LEtr, ce qui, en vertu de l'art. 51 al. 2 LEtr, entraînait l'extinction des droits au regroupement familial fondés notamment sur l'art. 43 LEtr, comme celui de l'enfant E.X._.
Les recourants reprochent à l'autorité précédente de ne pas avoir examiné leur cas sous l'angle de l'art. 8 CEDH, dont ils s'étaient prévalus dans leur recours. Le grief doit être rejeté: la pesée d'intérêts à effectuer sous l'angle de cette disposition est globalement la même que celle qu'impose l'art. 96 al. 1 LEtr (cf. consid. 3 ci-après), à laquelle l'autorité précédente a dûment procédé (cf. consid. 4a et 4b/cc de la décision attaquée).
C'est en outre manifestement à tort que les recourants reprochent à l'autorité précédente de n'avoir pas motivé sa décision sous l'angle des raisons familiales majeures au sens de l'art. 47 al. 4 LEtr. La question est en effet amplement traitée au consid. 3b (p. 14) de l'arrêt attaqué. En réalité, les recourants ne contestent pas tant l'absence de motivation que la teneur de celle-ci, ce qui ne saurait naturellement relever du droit d'être entendu garanti par l'art. 29 al. 2 Cst.
3. Selon l'art. 43 al. 1 LEtr, le conjoint étranger du titulaire d'une autorisation d'établissement ainsi que ses enfants célibataires étrangers de moins de 18 ans ont droit à l'octroi d'une autorisation de séjour et à la prolongation de sa durée de validité, à condition de vivre en ménage commun avec lui.
L'art. 47 LEtr institue des délais pour demander le regroupement familial (voir la disposition transitoire de l'art. 126 al. 3 LEtr, ainsi que l'<ref-ruling> et l'arrêt 2C_205/2011 du 3 octobre 2011).
D'après l'art. 51 al. 2 LEtr, les droits prévus entre autres dispositions à l'art. 43 s'éteignent dans les deux cas suivants: lorsqu'ils sont invoqués abusivement, notamment pour éluder les dispositions de la présente loi sur l'admission et le séjour ou ses dispositions d'exécution (let. a) ou s'il existe des motifs de révocation au sens de l'art. 62 (let. b). Selon l'art. 62 LEtr, l'autorité compétente peut révoquer une autorisation, à l'exception de l'autorisation d'établissement, ou une autre décision fondée sur la présente loi, notamment si l'étranger ou son représentant légal a fait de fausses déclarations ou a dissimulé des faits essentiels durant la procédure d'autorisation (let. a).
Au demeurant, le refus de l'autorisation ou la révocation de celle-ci ne se justifie que si la pesée des intérêts à effectuer dans le cas d'espèce fait apparaître la mesure comme proportionnée aux circonstances. Il convient donc de prendre en considération les intérêts publics, la situation personnelle de l'étranger, ainsi que son degré d'intégration (cf. art. 96 al. 1 LEtr; <ref-ruling> consid. 4.3 p. 381). Cette pesée des intérêts se confond largement avec celle que le juge doit effectuer lors de la mise en oeuvre de l'art. 8 § 2 CEDH (cf. ATF 135 précité), de sorte qu'il y sera procédé conjointement (cf. ci-après consid. 4.2), les recourants se plaignant également de la violation de cette disposition.
4. 4.1 Il ressort de la décision attaquée que le recourant 2 n'a pas indiqué, jusqu'à la demande de regroupement familial du 4 décembre 2007, qu'il était père de trois enfants nés en 1994, 1996 et 2003. L'admission provisoire, les autorisations de séjour puis l'autorisation d'établissement lui ont été accordées par les autorités de police des étrangers dans l'ignorance de cette paternité, qui constituait un fait essentiel. Il ressort en outre de l'audition le 13 août 2008 de son ex-épouse suisse que celle-ci ignorait tout de la "famille parallèle" du recourant 2 et en particulier de la naissance de l'enfant E.X._, survenue pendant leur mariage. Devant le Tribunal de céans, le recourant 2 ne soutient d'ailleurs plus qu'il ignorait s'il était véritablement le père des enfants; il ne conteste pas les arguments avancés par l'autorité précédente pour réfuter cette thèse.
De son côté, la recourante 1 n'a pas fait mention de ses enfants sur le rapport d'arrivée qu'elle a rempli le 8 juin 2007. Elle a prétendu avoir mentionné ceux-ci dans une demande de visa déposée au mois de mars 2007 auprès de la représentation suisse à Pristina. Ce fait n'a toutefois pas pu être établi: interpellée à ce sujet par l'autorité précédente, ladite représentation a répondu que les documents y relatifs avaient été détruits au terme du délai de garde. La mention des enfants sur la demande de visa paraît douteuse au vu de l'absence d'indication sur le rapport du 8 juin 2007, qui a valeur d'indice.
Il apparaît ainsi que le recourant 2 a obtenu ses autorisations de séjour puis son autorisation d'établissement en taisant l'existence de ses enfants. Pour sa part, dans la procédure de regroupement familial en sa faveur, au terme de laquelle elle a obtenu une autorisation de séjour, la recourante 1 n'a pas fait mention de ses enfants en tout cas dans le rapport d'arrivée en Suisse. Les recourants 1 et 2 - dont les comportements respectifs sont opposables à l'autre parent dans la procédure de regroupement familial en faveur de leurs enfants (cf. arrêt 2C_205/2011, précité, consid. 4.5) - ont ainsi obtenu leurs autorisations respectivement de séjour et d'établissement en manquant à leur devoir de renseigner exactement l'autorité sur tout ce qui est de nature à déterminer sa décision, obligation qui était prévue aux art. 3 al. 2 et 13f de l'ancienne loi fédérale du 26 mars 1931 sur le séjour et l'établissement des étrangers (LSEE; RS 1 113 et les modifications ultérieures; en vigueur jusqu'au 31 décembre 2007) et dont la violation pouvait entraîner la révocation de l'autorisation de séjour ou d'établissement (cf. art. 9 al. 2 let. a et al. 4 let. a LSEE). Dans ces conditions, il est abusif de leur part de solliciter maintenant le regroupement familial en faveur de ces enfants, en invoquant l'art. 43 LEtr (cf. arrêt 2C_289/2008 du 30 septembre 2008 consid. 2.5, in RDAF 2010 I p. 438, ZBl 110/2009 p. 510, confirmant le refus d'autorisation de séjour aux enfants d'un ressortissant suisse d'origine étrangère, qui avait obtenu sa naturalisation en cachant qu'il menait parallèlement, dans son pays d'origine, une relation de nature matrimoniale dont étaient issus les enfants en cause). Le droit au regroupement familial fondé sur cette disposition est ainsi périmé en vertu de l'art. 51 al. 2 let. a LEtr, indépendamment du point de savoir si les délais prévus par l'art. 47 LEtr ont été respectés. Point n'est donc besoin d'examiner les griefs que les recourants soulèvent à ce propos.
4.2 Le refus du regroupement familial est en outre proportionné aux circonstances. En effet, les recourants 3 à 5 sont arrivés en Suisse sans visa le 15 août 2009 et n'ont été annoncés que le 31 mai 2010, leurs parents tentant de placer les autorités de police des étrangers devant le fait accompli. A tout le moins les deux aînés, C.X._, qui, âgé de 17 ans et demi, est proche de la majorité et D.X._, qui a 15 ans et demi, ne sont plus de jeunes enfants dépendant entièrement de leurs parents. S'agissant de cette dernière, les recourants n'ont pas contesté l'affirmation de l'autorité précédente selon laquelle, au vu d'un certificat médical du 21 janvier 2011, son état de santé évolue favorablement et n'impose pas qu'elle reste en Suisse. Ils n'ont par ailleurs apporté aucune preuve de leurs allégations selon lesquelles les enfants ne pourraient vivre au Kosovo auprès de leur grand-mère qui s'était occupée d'eux depuis le départ de la recourante 1 pour la Suisse.
4.3 Au vu de ce qui précède, le grief d'arbitraire soulevé par les recourants, qui se confond avec celui de violation du principe de la proportionnalité, doit être rejeté. Il en va de même du grief d'atteinte aux art. 8 CEDH et 13 Cst. (cf. arrêt 2C_205/2011, précité, consid. 4.5 et 4.7 et les renvois à la jurisprudence de la CourEDH, not. à l'arrêt Ahmut contre Pays-Bas du 28 novembre 1996, Recueil CourEDH 1996-VI p. 2017). Le grief de violation de l'art. 3 CEDH est également mal fondé. En particulier, la jurisprudence invoquée par les recourants (arrêt Mubilanzila Mayeka et Kaniki Mitunga contre Belgique du 12 octobre 2006, in RUDH 2006 p. 202) est dénuée de pertinence: dans cette affaire, c'étaient les conditions de détention d'une enfant de cinq ans dans un centre fermé pour adultes, destiné à la détention d'étrangers en séjour irrégulier non admis sur le territoire, dans l'attente de leur éloignement, qui étaient en cause.
Quant aux dispositions de la Convention du 20 novembre 1989 relative aux droits de l'enfant (RS 0.107) invoquées par les recourants, il est de jurisprudence constante qu'elles ne confèrent aucun droit à une autorisation de séjour en Suisse (<ref-ruling> consid. 5d p. 391 s.; arrêts 6B_847/2010 du 9 mars 2011 consid. 2.2; 2A.501/2006 du 14 novembre 2006 consid. 2.3.2).
C'est finalement à tort que les recourants se prévalent des art. 8 Cst. et 14 CEDH en se plaignant de discrimination par rapport aux étrangers dont le regroupement familial est régi par l'Accord du 21 juin 1999 entre la Confédération suisse d'une part, et la Communauté européenne et ses Etats membres, d'autre part, sur la libre circulation des personnes (ALCP; RS 0.142.112.681). En effet, celui qui n'est ni suisse ni citoyen communautaire n'est pas au nombre des sujets auxquels s'applique l'ALCP, et, comme tel, ne bénéficie d'aucun droit à être traité de la même manière qu'un ressortissant communautaire résidant en Suisse; il ne peut dès lors se plaindre à cet égard de discrimination (cf. arrêt 2A.233/2002 du 17 octobre 2002 consid. 4.2, in RDAT 2003 I no 50 p. 162).
5. Au vu de ce qui précède, le recours en matière de droit public doit être rejeté.
Succombant, les recourants 1 et 2 doivent supporter les frais judiciaires, solidairement entre eux (cf. <ref-law>). Le recours se révélant d'emblée dénué de chances de succès, ils ne sauraient bénéficier de l'assistance judiciaire (cf. <ref-law>). Les frais seront toutefois fixés en tenant compte de leur situation financière (cf. <ref-law>). Il n'est pas alloué de dépens (cf. <ref-law> a contrario).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours en matière de droit public est rejeté.
2. Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable.
3. La requête d'assistance judiciaire est rejetée.
4. Les frais judiciaires, arrêtés à 1'000 fr., sont mis à la charge des recourants 1 et 2, solidairement entre eux.
5. Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, au Service de la population et à la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud, ainsi qu'à l'Office fédéral des migrations.
Lausanne, le 18 novembre 2011
Au nom de la IIe Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Zünd
Le Greffier: Vianin