Fatti:
A. La società C._SA esercita dal 1947 un'impresa di carpenteria, copertura tetti, soffitti e rivestimenti sul fondo part. xxx del Comune di San Nazzaro (ora Comune del Gambarogno), situato nella zona residenziale R2. L'attività è stata oggetto di lamentele da parte di A._ e B._, che abitano la casa sul fondo confinante part. yyy di proprietà di A._, ubicato nella stessa zona di piano regolatore. A seguito di queste lamentele e in considerazione della mancata concretizzazione di un prospettato spostamento dell'attività, l'Ufficio cantonale per la prevenzione dei rumori ha chiesto alla C._SA di presentare una proposta di risanamento.
B. Il 3 dicembre 2008 la società ha quindi inoltrato al Municipio una domanda di costruzione per il risanamento fonico della carpenteria. La domanda, corredata da una perizia fonica, proponeva una serie di interventi tecnici e costruttivi per contenere il rumore entro i valori limite d'immissione. I vicini si sono opposti al rilascio della licenza edilizia. Acquisito il preavviso favorevole dei Servizi generali del Dipartimento del territorio, il Municipio ha rilasciato la richiesta licenza con decisione del 7 luglio 2009, sottoponendola alle condizioni stabilite dall'autorità cantonale. La decisione municipale è stata confermata dal Consiglio di Stato del Cantone Ticino, adito su ricorso dei vicini.
C. Con sentenza del 12 agosto 2011, il Tribunale cantonale amministrativo ha parzialmente accolto un ricorso dei vicini contro la risoluzione governativa, annullandola nella misura in cui confermava la licenza edilizia per il risanamento fonico. La Corte cantonale ha rinviato gli atti al Consiglio di Stato per eseguire ulteriori accertamenti ed esprimersi nuovamente sul progetto, specificatamente sull'effettiva possibilità di lavorare nella carpenteria a porte chiuse. Ha per contro confermato il diniego di ordinare la cessazione dell'attività, negando l'esistenza di un contrasto grave e insanabile con la destinazione della zona residenziale R2.
D. A._ e B._ impugnano questa sentenza con un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale, chiedendo di obbligare la C._SA a cessare l'attività della carpenteria, ad eccezione di quella amministrativa e dell'utilizzazione del garage. Chiede subordinatamente di rinviare la causa alla precedente istanza, affinché esamini l'efficacia delle condizioni stabilite con la licenza edilizia, nonché la possibilità di imporle in concreto e di controllarne il rispetto. I ricorrenti fanno valere l'accertamento inesatto dei fatti e l'applicazione arbitraria del diritto cantonale.
E. La Corte cantonale si riconferma nella sua sentenza. Il Consiglio di Stato e il Municipio di Gambarogno si rimettono al giudizio del Tribunale federale. La C._SA chiede, in via principale, di dichiarare inammissibile il ricorso e, in via subordinata, di respingerlo. L'Ufficio delle domande di costruzione del Dipartimento del territorio ha presentato una risposta tardiva, che deve pertanto essere stralciata dai ruoli. I ricorrenti hanno replicato alla risposta della C._SA.

Diritto:
1. Secondo l'<ref-law>, il procedimento si svolge di regola nella lingua ufficiale della decisione impugnata, che nella fattispecie è quella italiana. Nonostante il gravame sia steso in tedesco, questo giudizio è quindi redatto in italiano.
2. 2.1 Il Tribunale federale esamina d'ufficio e con piena cognizione la sua competenza (cfr. <ref-law>) e l'ammissibilità dei gravami che gli vengono sottoposti (<ref-ruling> consid. 1; <ref-ruling> consid. 1).
2.2 Presentato tempestivamente dai vicini, opponenti nella procedura edilizia, e diretto contro una decisione pronunciata in una causa di diritto pubblico da un'autorità di ultima istanza cantonale, il ricorso in materia di diritto pubblico è di principio ammissibile sotto il profilo degli art. 82 lett. a, 86 cpv. 1 lett. d, 89 cpv. 1 e 100 cpv. 1 LTF.
2.3 Problematica appare per contro la ricevibilità del ricorso rispetto ai requisiti posti dall'<ref-law>, disposizione sulla quale i ricorrenti non si esprimono.
2.3.1 La decisione impugnata non è infatti una decisione finale, poiché non pone fine al procedimento (<ref-law>), ma lascia ancora aperta la questione del risanamento fonico. Non è nemmeno una decisione parziale giusta l'<ref-law>, siccome non si tratta manifestamente di un caso di applicazione dell'<ref-law> (decisione che pone fine al procedimento soltanto per una parte dei litisconsorti), né sono adempiute le condizioni dell'<ref-law> (decisione che concerne soltanto talune conclusioni, se queste possono essere giudicate indipendentemente dalle altre). In quest'ultimo caso, occorre in effetti che l'autorità si pronunci a titolo definitivo su una o più domande giudicabili a titolo indipendente (cumulo di azioni). Per ammettere una decisione parziale, non basta quindi che il giudizio impugnato risolva definitivamente un aspetto materiale di principio dell'oggetto litigioso (<ref-ruling> consid. 1.3; <ref-ruling> consid. 4.1.2 e 4.1.3). In concreto, la Corte cantonale ha statuito a titolo definitivo sull'esistenza di un contrasto con la destinazione della zona residenziale, tale da imporre la cessazione dell'attività di carpenteria sulla base dell'art. 72 cpv. 4 della legge cantonale di applicazione della LPT, del 23 maggio 1990 (LALPT). Ha tuttavia pure rinviato gli atti all'autorità inferiore per eseguire ulteriori accertamenti sotto il profilo fonico e per pronunciarsi in seguito nuovamente sul progetto di risanamento, segnatamente per quanto concerne la possibilità di lavorare nella carpenteria a porte chiuse. Gli aspetti legati al rumore e alle possibilità di risanamento, riguardo alle quali l'autorità cantonale specializzata può ancora eseguire misurazioni ed accertamenti, possono influire su quelli relativi alla cessazione dell'attività. La questione oggetto di rinvio è quindi connessa con quella già risolta. I ricorrenti stessi contestano del resto la sentenza impugnata essenzialmente sotto il profilo ambientale, paventando immissioni foniche eccessive sul loro fondo, che non potrebbero essere sufficientemente limitate mediante l'adozione di provvedimenti di risanamento. In tali circostanze, la sentenza impugnata costituisce una decisione incidentale, che può essere oggetto di un ricorso diretto al Tribunale federale solo alle condizioni poste dall'<ref-law> (DTF <ref-ruling> consid. 4.2).
2.3.2 Secondo l'<ref-law> il ricorso contro una decisione incidentale è ammissibile se può causare un pregiudizio irreparabile (lett. a) o se l'accoglimento del ricorso comporterebbe immediatamente una decisione finale consentendo di evitare una procedura probatoria defatigante o dispendiosa (lett. b). Queste condizioni di ammissibilità, il cui adempimento avrebbe di principio dovuto essere dimostrato dai ricorrenti (<ref-ruling> consid. 1.3), mirano a sgravare il Tribunale federale, che di massima deve potersi esprimere sull'oggetto del litigio con un'unica decisione, evitando di pronunciarsi parzialmente, senza un esaustivo accertamento della fattispecie, nell'ambito di una prima fase della procedura. Se eventuali pregiudizi possono essere eliminati in modo adeguato anche nel contesto di un esame successivo all'emanazione del giudizio finale, questo Tribunale non entra nel merito di impugnative contro decisioni pregiudiziali e incidentali (<ref-ruling> consid. 1.3.2).
I ricorrenti non adducono di subire un pregiudizio irreparabile ai sensi dell'<ref-law>, che non è comunque ravvisabile nel semplice prolungamento della procedura o nell'aumento dei costi collegati alla causa (<ref-ruling> consid. 1.3.1; <ref-ruling> consid. 5.2.1 e 5.2.2). Né è in concreto realizzata la condizione dell'<ref-law>. Gli ulteriori accertamenti che potranno essere eseguiti nel seguito della procedura e la decisione che sarà presa riguardo al progetto di risanamento fonico potrebbero influire sull'esito del giudizio, sicché una decisione immediata da parte di questa Corte non entra in considerazione (cfr. DTF <ref-ruling> consid. 5.1).
3. Ne segue che il gravame deve essere dichiarato inammissibile. Le spese giudiziarie e le ripetibili seguono la soccombenza e sono quindi poste a carico dei ricorrenti (art. 66 cpv. 1 e art. 68 cpv. 1 LTF).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso è inammissibile.
2. Le spese giudiziarie di fr. 1'000.-- sono poste a carico dei ricorrenti, che rifonderanno alla C._SA un'indennità di fr. 500.-- a titolo di ripetibili della sede federale.
3. Comunicazione ai patrocinatori delle parti, al Municipio di Gambarogno, all'Ufficio delle domande di costruzione del Dipartimento del territorio, al Consiglio di Stato e al Tribunale amministrativo del Cantone Ticino.