Fatti:
A. Dopo aver soggiornato una prima volta in Svizzera inizialmente nell'ambito dell'Azione Bosnia Erzegovina (maggio 1993 ad aprile 1995), poi in virtù di un'ammissione provvisoria (maggio 1995 ad aprile 1997) ed infine quale richiedente all'asilo (la domanda essendo definitivamente respinta il 24 aprile 2001), A._ (1966), cittadino bosniaco ha lasciato il nostro Paese il 15 agosto 2001. Il 3 marzo 2003 egli si è sposato in Croazia con C._ (1956), cittadina serba domiciliata in Svizzera. In seguito al matrimonio l'interessato si è visto rilasciare un permesso di dimora, trasformato in permesso di domicilio il 5 luglio 2008. Nel 2007 la consorte è diventata cittadina svizzera.
B. Con decisione del 6 ottobre 2010 la Sezione della popolazione del Dipartimento delle istituzioni del Cantone Ticino ha respinto l'istanza presentata il 3 agosto precedente dalla cittadina macedone B._ (13.08.1995), figlia di A._ nata da una precedente relazione, volta al rilascio di un permesso di dimora per ricongiungersi con il padre che aveva raggiunto. La domanda è stata giudicata tardiva e non dettata da circostanze oggettive.
Questa decisione è stata confermata su ricorso dapprima dal Consiglio di Stato il 23 febbraio 2011 e, in seguito, dal Tribunale cantonale amministrativo, con sentenza del 30 agosto 2011.
C. Il 5 ottobre 2011 A._, agente per la figlia B._, ha presentato dinanzi al Tribunale federale un ricorso in materia di diritto pubblico con cui chiede che la sentenza cantonale sia annullata e che sia accolta la domanda di ricongiungimento della figlia. Censura, in sintesi, un apprezzamento arbitrario dei fatti e la violazione degli artt. 47 della legge federale sugli stranieri del 16 dicembre 2005 (LStr; RS 142.20) e 75 dell'ordinanza sull'ammissione, il soggiorno e l'attività lucrativa del 24 ottobre 2007 (OASA; RS 142.201), nonché dell'art. 8 CEDU. Domanda infine di essere posto al beneficio dell'assistenza giudiziaria con nomina di un avvocato d'ufficio.
Con decreto presidenziale del 7 ottobre 2011 è stato concesso l'effetto sospensivo al gravame.
Chiamato ad esprimersi, il Tribunale cantonale amministrativo si è riconfermato nelle motivazioni e nelle conclusioni della propria sentenza. Ad essa ha fatto rinvio anche l'Ufficio federale della migrazione. La Sezione della popolazione propone la reiezione del gravame, mentre il Consiglio di Stato si è rimesso al giudizio di questa Corte.
D. Con scritto del 23 dicembre 2011 il ricorrente ha ribadito i propri argomenti nonché trasmesso a questa Corte dei nuovi documenti.

Diritto:
1. II Tribunale federale esamina d'ufficio e con piena cognizione la sua competenza (<ref-law>) e l'ammissibilità dei gravami che gli vengono sottoposti (<ref-ruling> consid. 1 pag. 43).
2. 2.1 Giusta l'art. 83 lett. c n. 2 LTF, il ricorso in materia di diritto pubblico è inammissibile contro le decisioni in materia di diritto degli stranieri concernenti i permessi o autorizzazioni al cui ottenimento né il diritto federale né il diritto internazionale conferiscono un diritto.
2.2 Secondo l'art. 43 cpv. 1 LStr, i figli stranieri, non coniugati e minori di 18 anni, di uno straniero titolare del permesso di domicilio hanno diritto al rilascio e alla proroga del permesso di dimora se coabitano con lui. Il ricorrente, domiciliato in Svizzera, può quindi invocare questa norma al fine di ottenere un permesso per sua figlia. Dal profilo della ricevibilità, la questione a sapere se tale diritto sussista davvero o se sia invocato tardivamente (cfr. art. 47 LStr) oppure in modo abusivo (cfr. <ref-ruling> consid. 4.8 pag. 86), non è invece determinante.
2.3 Il ricorrente, al beneficio di un permesso di domicilio, ha il diritto di risiedere in Svizzera; egli può quindi parallelamente richiamarsi al diritto al ricongiungimento familiare con sua figlia minorenne garantito dall'art. 8 CEDU. Anche in questo caso, dal profilo dell'ammissibilità del gravame, non occorre verificare se questo diritto esista effettivamente.
2.4 Diretto contro una decisione finale emessa da un tribunale superiore (art. 86 cpv. 2 e art. 90 LTF), e presentato tempestivamente (<ref-law>) dal destinatario del giudizio querelato, la cui legittimazione ricorsuale è data (<ref-law>), il gravame è, quindi, di principio, ricevibile quale ricorso in materia di diritto pubblico.
2.5 Ciò non è invece il caso dei documenti allegati alle osservazioni datate 23 dicembre 2011 che configurano dei nuovi mezzi di prova, inammissibili ai sensi dell'<ref-law> (<ref-ruling> segg.).
3. 3.1 Con il ricorso in materia di diritto pubblico può in particolare venir censurata la violazione del diritto federale (<ref-law>), nozione che comprende anche i diritti costituzionali dei cittadini (<ref-ruling> consid. 3.1 pag. 447 seg.). Di principio, il Tribunale federale applica comunque il diritto d'ufficio (<ref-law>); esso non è vincolato né agli argomenti fatti valere nel ricorso né ai considerandi sviluppati dall'istanza precedente.
3.2 Esigenze più severe si applicano in relazione alla violazione di diritti fondamentali. Il Tribunale federale esamina infatti simili censure soltanto se l'insorgente le ha sollevate e motivate in modo preciso (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 2.2 pag. 246; <ref-ruling> consid. 3.2 pag. 88). Altrimenti detto è necessario che questi specifichi quali diritti ritiene lesi ed esponga le critiche in modo chiaro, circostanziato ed esaustivo; in caso di asserita violazione del divieto d'arbitrio, deve spiegare in che misura la decisione impugnata sia - a livello di motivazione, così come di risultato - manifestamente insostenibile, gravemente lesiva di una norma o di un principio giuridico indiscusso, oppure in contraddizione urtante con il sentimento di giustizia ed equità (<ref-ruling> consid. 6 pag. 397).
3.3 Per quanto riguarda i fatti, il Tribunale federale fonda il suo ragionamento giuridico sull'accertamento svolto dall'autorità inferiore (<ref-law>). Esso può scostarsene solo se è stato eseguito in violazione del diritto ai sensi dell'<ref-law> o in modo manifestamente inesatto, ovvero arbitrario (al riguardo cfr. <ref-ruling> consid. 4.2 pag. 560; sentenze 8C_15/2009 dell'11 gennaio 2010 consid. 3.2 e 4A_280/2009 del 31 luglio 2009 consid. 1.4). L'eliminazione del vizio indicato deve inoltre poter influire in maniera determinante sull'esito della causa, aspetto che compete al ricorrente sostanziare (<ref-law>).
4. 4.1 A più riprese il ricorrente lamenta che nessuna delle persone coinvolte, e in particolare la figlia, sia stata personalmente sentita. Al riguardo fa valere che la ragazza avrebbe potuto fornire informazioni essenziali e determinanti sulla gravità della sua situazione personale e familiare in patria.
4.2 Oltre al fatto che il diritto di essere sentito garantito dall'<ref-law> (disposto peraltro nemmeno menzionato dal ricorrente) non comprende di principio quello di comparire personalmente e di esprimersi oralmente dinanzi all'autorità giudicante (<ref-ruling> consid. 2.1 pag. 428; <ref-ruling> consid. 9b pag. 219), va osservato che il ricorrente non dimostra perché i giudici cantonali, sulla base di un apprezzamento anticipato delle prove (al riguardo vedi <ref-ruling> consid. 5.3 pag. 236 e rinvii) e visti gli argomenti esposti nella sentenza cantonale (cfr. pag. 4 della medesima), qui condivisi e ai quali si rinvia, avrebbero disatteso la Costituzione nel ritenere l'audizione della figlia ininfluente ai fini del giudizio. La critica va pertanto respinta.
5. Il ricorrente censura un apprezzamento erroneo dei fatti nonché di alcuni documenti agli atti i quali, rivalutati alla luce delle spiegazioni da lui ora fornite, avrebbero dovuto invece portare al rilascio dell'autorizzazione litigiosa. Sennonché, egli si limita a commentare i considerandi del giudizio impugnato, cioè a presentare una differente interpretazione dei fatti accertati dall'istanza precedente e degli atti di causa, come se si trovasse davanti ad una Corte che rivede liberamente i fatti e il diritto. Non rispettando le esigenze dell'<ref-law>, che comporta un obbligo di motivazione accresciuto e qualificato (cfr. consid. 3.2), la critica è quindi inammissibile. In effetti, se censura l'arbitrio nell'apprezzamento dei fatti e delle prove il ricorrente non può limitarsi a contrapporre la sua opinione a quella dell'autorità giudiziaria, ma deve presentare una motivazione da cui emerga in che misura l'accertamento dei fatti, così come esposti nella sentenza cantonale, o la valutazione delle prove, sarebbero manifestamente insostenibili, si trovino in chiaro contrasto con la situazione fattuale, si fondino su una svista manifesta o contraddicano in modo urtante il sentimento della giustizia e dell'equità, ciò che non è manifestamente stato fatto in concreto (<ref-ruling> consid. 4.2 pag. 560; <ref-ruling> consid. 4.3 pag. 62).
6. Con un'unica argomentazione il ricorrente lamenta la violazione dei combinati art. 47 LStr e 75 OASA nonché dell'art. 8 CEDU.
6.1 La Corte cantonale ha esposto sia la legislazione interna che disciplina il ricongiungimento familiare differito, segnatamente gli artt. 47 cpv. 4 LStr e 75 OASA, precisando che in tal caso lo stesso andava ammesso quando il benessere del figlio poteva essere assicurato unicamente mediante il ricongiungimento in Svizzera, sia il diritto convenzionale determinante, cioè l'art. 8 CEDU e i principi giurisprudenziali applicabili. Al riguardo ci si limita pertanto a rinviare al giudizio querelato (cfr. sentenza cantonale, consid. 2.1 pag. 5 nonché consid. 2.2 pag. 6).
Ci si limita a ricordare che in caso di ricongiungimento familiare differito - al quale si applicano tuttora i principi giurisprudenziali sviluppati sotto l'imperio del diritto previgente in materia di ricongiungimento familiare parziale (cfr. <ref-ruling> consid. 4 pag. 80 segg., segnatamente consid. 4.7 pag. 86) - un diritto al medesimo è ammesso quando sono fatti valere gravi motivi familiari, ossia quando vi è un cambiamento importante delle circostanze, segnatamente familiari, ad esempio in caso di mutamento nelle possibilità di presa a carico educativa e di assistenza all'estero. Quando si verifica un cambiamento nei rapporti intrattenuti dal figlio con il parente che ne assume la cura all'estero, occorre in primo luogo esaminare se vi siano delle soluzioni alternative, che permettono al figlio di rimanere là dove vive; questa esigenza è tanto più importante quando si tratta di adolescenti (<ref-ruling> consid. 3.1.2 pag. 11; cfr. pure sentenze 2A.405/2006 del 18 dicembre 2006 e 2A.737/2005 del 19 gennaio 2007). Si deve inoltre tenere conto dell'interesse superiore del figlio, come chiesto dall'art. 3 n. 1 della Convenzione del 20 novembre 1989 sui diritti del fanciullo (RS 0.107). Infine i gravi motivi familiari avanzati per il ricongiungimento familiare devono essere interpretati conformemente al diritto fondamentale al rispetto della vita familiare (<ref-law>, art. 8 CEDH).
6.2 Come constatato in modo vincolante dal Tribunale cantonale amministrativo (<ref-law>; cfr. pure consid. 5), il ricorrente non ha corroborato in alcun modo l'esistenza di uno stretto rapporto affettivo con la figlia prima che venisse in Svizzera, della cui esistenza egli ha peraltro informato le competenti autorità cantonali solo nel 2010. Ha inoltre aspettato che ella finisse le scuole dell'obbligo, nel 2010, prima di chiedere il ricongiungimento familiare, allorché avrebbe potuto farlo già nel 2003, quando ha ottenuto il diritto di risiedere stabilmente nel nostro Paese. Nelle descritte circostanze è quindi a ragione che la relazione tra padre e figlia non è stata giudicata particolarmente stretta, intensa e preponderante rispetto ai legami intessuti con i familiari residenti in patria, i quali di riflesso rappresentano le principali persone di riferimento per la ragazza. Va poi considerato che né nel corso della procedura cantonale né dinanzi a questa Corte è stato fornito un documento ufficiale attestante che il ricorrente fruisce (ora) dell'autorità parentale e dell'affidamento della figlia. Orbene, come già spiegato dalla Corte cantonale e ribadito nella presente sede, quando, come in concreto, i genitori non godono dell'autorità parentale congiunta (essendo l'adolescente una figlia naturale), una semplice dichiarazione del genitore rimasto all'estero e che dispone in modo esclusivo della medesima è del tutto insufficiente a tale fine, dovendo la questione essere regolata dal diritto civile. Emerge poi dall'inserto di causa che, contrariamente a quanto addotto nel gravame, il formulario volto al rilascio di un permesso di dimora a titolo di ricongiungimento familiare datato 3 agosto 2010, al quale era allegata tra l'altro la domanda redatta dal ricorrente il 29 luglio 2010, è stato inoltrato alle competenti autorità allorché la ragazza si trovava già in Svizzera (da metà luglio per l'esattezza), e tempo prima del decesso dello zio (avvenuto il 21 agosto 2010). A ragione quindi la Corte cantonale ha giudicato che detta scomparsa non poteva essere alla base della domanda ora in esame. In proposito va aggiunto che, quand'anche si volesse ammettere che la ragazza non viveva con la madre ma con lo zio, ora deceduto, e la zia, la quale si è, a sua volta, trasferita altrove, con loro coabitavano pure i nonni materni dell'adolescente. Orbene, anche se sono persone di una certa età, non risulta dagli atti di causa né peraltro è stato sostenuto e ancor meno comprovato, che essi soffrano di particolari problemi fisici o psichici, motivo per cui le loro condizioni di salute appaiono ancora sufficientemente buone per poter rispondere in modo adeguato ai, peraltro diminuiti (cfr. <ref-ruling> consid. 2.2 pag. 254), bisogni educativi e di custodia della nipote. Al riguardo va precisato che è stata prevalentemente fatta valere la loro mancanza di mezzi finanziari per giustificare il trasferimento della ragazza in Svizzera. Sennonché il ricorrente, il quale secondo le sue dichiarazioni guadagna sufficientemente per intrattenere anche la figlia, potrà sempre provvedere al suo mantenimento (come peraltro ha fatto nel passato) inviandole del denaro in Macedonia, dove il costo della vita è del resto nettamente inferiore a quello elvetico. Infine, riguardo all'argomento secondo cui la ragazza è seguita dal profilo medico per delle angosce e fobie notturne (dovute tra l'altro alla morte violenta dello zio), va osservato che non è stato fatto valere e nemmeno provato che ella non può essere seguita e curata in patria. Ne discende che, a ragione, è stato constatato che non erano stati fatti valere gravi motivi familiari: il rifiuto del postulato ricongiungimento familiare non viola quindi l'art. 47 cpv. 4 LStr combinato con l'<ref-law>.
6.3 Nemmeno dal richiamo dell'art. 8 CEDU possono essere dedotti diritti più estesi. Considerato che la figlia del ricorrente non intrattiene con lui la relazione più intensa e che il ricongiungimento familiare non è dettato da ragioni imperative di ordine familiare, il disposto convenzionale non risulta in concreto disatteso (<ref-ruling> consid. 3.1 pag. 10 con riferimenti). Occorre inoltre considerare che padre e figlia potranno mantenere le relazioni intrattenute finora, mediante una corrispondenza epistolare o contatti telefonici o, infine, nell'ambito di visite reciproche.
7. Per i motivi illustrati, il ricorso, nella misura in cui è ammissibile, si rivela infondato e come tale va respinto.
8. La domanda di assistenza giudiziaria con nomina di un avvocato d'ufficio presentata dal ricorrente non può trovare accoglimento, atteso che le sue conclusioni erano sin dall'inizio prive di probabilità di successo (<ref-law>). Nell'addossargli le spese giudiziarie viene comunque considerata la sua situazione finanziaria, fissando un importo ridotto (art. 65 cpv. 1 e 2, <ref-law>). Non vengono assegnate ripetibili (<ref-law>).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Nella misura in cui è ammissibile, il ricorso in materia di diritto pubblico è respinto.
2. La domanda di assistenza giudiziaria con nomina di un avvocato d'ufficio è respinta.
3. Le spese giudiziarie di fr. 1'000.-- sono poste a carico del ricorrente.
4. Comunicazione al patrocinatore del ricorrente, alla Sezione della popolazione del Dipartimento delle istituzioni, al Consiglio di Stato e al Tribunale amministrativo del Cantone Ticino, nonché all'Ufficio federale della migrazione.