Sachverhalt:
A. Der 1966 geborene A._ war als Selbstständigerwerbender im Gastrobereich tätig und bei der AXA Versicherungen AG (nachfolgend: AXA) gegen die Folgen von Unfällen versichert. Er bezog wegen eines im Jahre 1997 erlittenen Unfalles von der AXA bereits Taggeldleistungen, als am 16. Oktober 2007 ein anderes Auto von hinten auf den von ihm gelenkten PW auffuhr und er anschliessend mit einer Leitplanke kollidierte. Dabei zog er sich eine HWS-Distorsion zu, wofür die AXA die gesetzlichen Leistungen erbrachte. Die AXA gab bei einem externen Ermittlungsbüro eine Observation in Auftrag und liess A._ von ihrem Vertrauensarzt Dr. med. G._ untersuchen (Bericht vom 31. Januar 2008). Sie erhob gegen den Versicherten Strafanzeige wegen Versicherungsbetrugs. Mit Verfügung vom 1. Dezember 2008 stellte die AXA sämtliche Leistungen per 19. Dezember 2007 ein und teilte A._ mit, dass ab 28. November 2007 kein weiterer Anspruch auf Taggeldleistungen bestehe und dass er die unrechtmässig bezogenen Taggeldleistungen in der Höhe von Fr. 6'836.- innert 60 Tagen zurückzuerstatten habe. Mit Einspracheentscheid vom 29. Dezember 2009 hielt die AXA an ihrem Standpunkt fest.
B. Hiegegen liess A._ Beschwerde beim Versicherungsgericht des Kantons Aargau erheben. Im Laufe des Beschwerdeverfahrens reichte die AXA den Strafentscheid des Kreisgerichts Q._ vom 17. Juni 2010 sowie des Kantonsgerichts Z._ vom 21. November 2011 ein, in welchen A._ des Betrugs schuldig erklärt und zu einer Geldstrafe verurteilt worden war. Das Versicherungsgericht des Kantons Aargau wies die Beschwerde mit Entscheid vom 16. Mai 2012 ab.
C. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten lässt A._ beantragen, der Entscheid des Versicherungsgerichts des Kantons Aargau vom 16. Mai 2012 und der Einspracheentscheid der AXA vom 29. Dezember 2009 seien aufzuheben. Zudem ersucht er um Gewährung der aufschiebenden Wirkung.
Am 9. Juli 2012 lässt A._ das Urteil des Bundesgerichts 6B_125/2012 vom 28. Juni 2012 einreichen, mit welchem der Entscheid des Kantonsgerichts Z._ vom 21. November 2011 aufgehoben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen worden war.
Die AXA schliesst auf Nichteintreten auf die Beschwerde, eventualiter auf deren Abweisung, subeventualiter auf Abweisung des Begehrens um aufschiebende Wirkung bzw. auf deren Beschränkung auf die Rückerstattungsforderung. Das Bundesamt für Gesundheit verzichtet auf eine Vernehmlassung.
Am 4. und 15. Oktober 2012 reichen die Parteien je eine weitere Eingabe ein.
D. Mit Verfügung vom 19. Oktober 2012 hat der Instruktionsrichter der Beschwerde betreffend Rückerstattungsforderung die aufschiebende Wirkung zuerkannt.

Erwägungen:
1. Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann wegen Rechtsverletzungen gemäss Art. 95 und 96 BGG erhoben werden. Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Es ist folglich weder an die in der Beschwerde geltend gemachten Argumente noch an die Erwägungen der Vorinstanz gebunden; es kann eine Beschwerde aus einem anderen als dem angerufenen Grund gutheissen und es kann eine Beschwerde mit einer von der Argumentation der Vorinstanz abweichenden Begründung abweisen. Das Bundesgericht prüft 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 werden (<ref-ruling> E. 2.2.1 S. 389 mit Hinweisen; Urteil 8C_934/2008 vom 17. März 2009 E. 1 mit Hinweisen, nicht publ. in: <ref-ruling>, aber in: SVR 2009 UV Nr. 35 S. 120).
Im Beschwerdeverfahren um die Zusprechung oder Verweigerung von Geldleistungen der Militär- oder Unfallversicherung ist das Bundesgericht nicht an die vorinstanzliche Feststellung des rechtserheblichen Sachverhalts gebunden (Art. 97 Abs. 2 und Art. 105 Abs. 3 BGG).
2. Der vorinstanzliche Entscheid vom 16. Mai 2012 wurde vom Beschwerdeführer - wie auch von der Beschwerdegegnerin - am 30. Mai 2012 in Empfang genommen, sodass die am 29. Juni 2012 der Post übergebene Beschwerde ans Bundesgericht rechtzeitig erfolgt ist. Auf die Beschwerde ist daher einzutreten.
3. Das kantonale Gericht hat die Bestimmungen und Grundsätze über den Anspruch auf Taggelder der Unfallversicherung (Art. 16 Abs. 1 und 2 UVG; <ref-ruling> E. 3.1 S. 288), über den Begriff der Arbeitsunfähigkeit (<ref-law>), über die Leistungsvoraussetzungen des natürlichen und des adäquaten Kausalzusammenhangs (<ref-ruling> E. 3.1 und 3.2 S. 181 mit Hinweisen) sowie über den Beweiswert von ärztlichen Berichten (<ref-ruling> E. 4.4 S. 469; <ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352) zutreffend dargelegt. Dasselbe gilt für die Zulässigkeit einer Observation der versicherten Person (<ref-ruling> E. 4.3 S. 171) sowie für die Rückforderung zu viel bezogener Leistungen (<ref-law>). Darauf wird verwiesen.
4. Streitig und zu prüfen ist zunächst der Taggeldanspruch ab 28. November 2007, und diesbezüglich namentlich die Arbeitsfähigkeit.
4.1 Das kantonale Gericht hat die Einstellung der Versicherungsleistungen bestätigt. Es stützte sich dabei im Wesentlichen auf den Bericht des Vertrauensarztes der AXA, Dr. med. G._, vom 31. Januar 2008 und dessen Stellungnahme vom 7. November 2008 sowie auf die Observationsberichte vom 13. Februar und 5. März 2008 und kam zum Schluss, dass der Beschwerdeführer im fraglichen Zeitraum ab 28. November 2007 bis 31. Januar 2008 durchschnittlich mindestens 50 % arbeitstätig und damit arbeitsfähig gewesen sei.
4.2 Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz sei ihrer Abklärungspflicht nicht nachgekommen und habe sein Recht auf Gewährung des rechtlichen Gehörs verletzt, indem sie ihm zu den Eingaben der Beschwerdegegnerin betreffend Strafentscheide keine Gelegenheit zur Stellungnahme eingeräumt habe. Die Annahme einer mindestens 50%igen Arbeitstätigkeit und damit Arbeitsfähigkeit ab 28. November 2007 sodann stütze sich lediglich auf die Ergebnisse der Observation sowie auf eine äusserst problematische, nachträgliche Stellungnahme des Vertrauensarztes, sei daher nicht rechtsgenüglich erstellt und verletze Bundesrecht. Mit Eingabe vom 9. Juli 2012 macht der Beschwerdeführer zudem geltend, durch das beigelegte Urteil des Bundesgerichts vom 28. Juni 2012 sei erstellt, dass der dem vorinstanzlichen Entscheid zu Grunde gelegte Sachverhalt unvollständig und unzutreffend sei.
5. 5.1 Zur Beurteilung sozialversicherungsrechtlicher Leistungsansprüche, insbesondere auch zur Festlegung der Arbeitsunfähigkeit, bedarf es verlässlicher medizinischer Entscheidgrundlagen. Wie die einzelnen Beweismittel zu würdigen sind, ist in BGE <ref-ruling> E. 3 S. 352 ff. festgelegt. Hinsichtlich des Beweiswertes eines Arztberichtes ist demnach entscheidend, ob dieser für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt, in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, in der Beurteilung der medizinischen Zusammenhänge und in der Beurteilung der medizinischen Situation einleuchtet und ob die Schlussfolgerungen des Experten begründet sind (BGE <ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis). Die Ergebnisse einer zulässigen Observation können zusammen mit einer ärztlichen Aktenbeurteilung grundsätzlich geeignet sein, eine genügende Basis für Sachverhaltsfeststellungen betreffend den Gesundheitszustand und die Arbeitsfähigkeit zu bilden (<ref-ruling> E. 7.1 S. 337 mit Hinweisen). Ein Observationsbericht für sich allein bildet jedoch keine sichere Basis für diese Sachverhaltsfeststellungen. Er kann diesbezüglich höchstens Anhaltspunkte liefern oder Anlass zu Vermutungen geben. Sichere Kenntnis des Sachverhalts kann in dieser Hinsicht erst die ärztliche Beurteilung des Observationsmaterials liefern (SVR 2012 UV Nr. 17 S. 63, 8C_434/2011, E. 4.2 mit Hinweis).
5.2 Vorliegend hatte der erstbehandelnde Arzt Dr. med. M._, Assistenzarzt am Spital X._, in seinen Berichten vom 19. Oktober und 5. November 2007 eine Arbeitsunfähigkeit von 100 % für voraussichtlich eine Woche ab 16. Oktober 2007 attestiert. Dr. med. W._, Klinik Y._, hielt im Bericht vom 22. Oktober 2007 eine Arbeitsunfähigkeit von 100 % bis auf Weiteres fest. Der Hausarzt des Beschwerdeführers, Dr. med. B._, bescheinigte im Bericht vom 15. Dezember 2007 eine 100%ige Arbeitsunfähigkeit vorerst bis 31. Dezember 2007 und im Bericht vom 31. Januar 2008 eine 70%ige Arbeitsunfähigkeit ab 21. Januar 2008. Am 13. August 2008 führte er aus, die Arbeitsfähigkeit, wie sie vor dem Unfall vom 16. Oktober 2007 bestanden habe (d.h. 50 %), sei seit 1. April 2008 wieder erreicht. Der Vertrauensarzt der AXA Dr. med. G._ hielt im Bericht vom 31. Januar 2008 fest, aufgrund der gemachten Angaben und der erhobenen Befunde habe der Versicherte seine Arbeitsfähigkeit von 0 auf ca. 20-30 % steigern können, mit einer Steigerung auf 50 % könne in den nächsten zwei bis drei Monaten gerechnet werden und nach einer Stabilisierungsphase wäre dann seines Erachtens eine weitere Steigerung auf ca. 70-80 % möglich. Den Observationsberichten vom 13. Februar und 5. März 2008 entnahm die Beschwerdegegnerin eine rege Geschäftstätigkeit des Versicherten und ging davon aus, dass dieser spätestens ab Beginn der Überwachung am 28. November 2007, sehr wahrscheinlich bereits vorher, mit überwiegender Wahrscheinlichkeit einer vollen Arbeitstätigkeit nachging. In seiner Stellungnahme vom 7. November 2008 räumte Dr. med. G._ ein, dass die Untersuchung vom 28. Januar 2008, wie wahrscheinlich auch weitere vorgängige ärztliche Beurteilungen, auf falschen Angaben des Versicherten beruhten. Der Arzt hält fest, dass es durch den Unfall vom 16. Oktober 2007 zu einer vorübergehenden Verschlechterung eines Vorzustandes und zu einer vorübergehenden Intensivierung der Behandlung gekommen sei. Die Behandlung habe ab 18. Dezember 2007 wieder auf das Ausmass vor dem zweiten Unfallereignis reduziert werden können, womit der status quo sine erreicht gewesen sei. Die zwischenzeitlich durch die Untersuchungsergebnisse und die Strafuntersuchung erhärteten Tatsachen bezüglich der verrichteten Arbeiten bzw. das dokumentierte Arbeitspensum zeigten eine volle Arbeitsfähigkeit trotz/mit bekanntem Zustand nach Auffahrkollision. Aus medizinischer Sicht sei dies nachvollziehbar.
5.3 Die Ergebnisse der vom Versicherer - zulässigerweise (<ref-ruling>) - veranlassten Observation stehen in Widerspruch mit der ärztlich attestierten Arbeitsunfähigkeit und vermögen zumindest erhebliche Zweifel daran zu begründen. Allein gestützt auf die dokumentierte Arbeitstätigkeit kann jedoch nicht auf eine bestimmte Arbeitsfähigkeit geschlossen werden (siehe E. 5.1). Vielmehr sind dazu weitere medizinische Abklärungen, namentlich eine ärztliche Beurteilung des Observationsmaterials, erforderlich. Die Stellungnahme des Dr. med. G._ vom 7. November 2008 genügt diesbezüglich nicht, ist sie doch sehr knapp und allgemein gehalten und setzt sich mit den Observationsergebnissen nicht auseinander. Unter den gegebenen Umständen rechtfertigt es sich, die Sache für diese Vorkehren an die Beschwerdegegnerin zurückzuweisen. Gestützt auf die Ergebnisse der einzuholenden medizinischen Beurteilung wird die Beschwerdegegnerin über den Anspruch auf Versicherungsleistungen und über eine allfällige Rückerstattungspflicht bereits ausgerichteter Taggeldleistungen neu zu verfügen haben.
5.4 Ob der Beschwerdeführer allfällig zu Unrecht ausgerichtete Taggeldleistungen in gutem Glauben empfangen hat, ist - entgegen der zumindest missverständlichen Feststellung im vorinstanzlichen Entscheid - (noch) nicht relevant. Dem Gesichtspunkt der Gutgläubigkeit würde erst im Rahmen eines allfälligen Erlassgesuches des Versicherten (<ref-law>) Bedeutung zukommen, worüber in einem besonderen Erlassverfahren zu verfügen wäre (<ref-law>; Urteil 8C_300/2011 vom 30. Juni 2011 E. 3.3 mit Hinweisen). Auf die Ausführungen zum Strafverfahren braucht nicht weiter eingegangen zu werden. Daher ist es für das vorliegende Verfahren auch nicht relevant, ob das nachträglich eingereichte Urteil des Bundesgerichts vom 28. Juni 2012 als zulässiges Novum berücksichtigt werden darf (<ref-law>; <ref-ruling> E. 3.4 S. 199 f.).
6. Das Verfahren ist kostenpflichtig. Die Gerichtskosten sind von der unterliegenden Beschwerdegegnerin zu tragen (<ref-law>). Diese hat dem Beschwerdeführer überdies eine Parteientschädigung auszurichten (Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen. Der Entscheid des Versicherungsgerichts des Kantons Aargau vom 16. Mai 2012 und der Einspracheentscheid der AXA Versicherungen AG vom 29. Dezember 2009 werden aufgehoben. Die Sache wird an die AXA Versicherungen AG zurückgewiesen, damit sie, nach erfolgter Abklärung im Sinne der Erwägungen, über den Anspruch auf Versicherungsleistungen und über die Rückerstattungsforderung des Unfallversicherers neu verfüge. Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 750.- werden der Beschwerdegegnerin auferlegt.
3. Die Beschwerdegegnerin hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 2'800.- zu entschädigen.
4. Die Sache wird zur Neuverlegung der Parteientschädigung des vorangegangenen Verfahrens an das Versicherungsgericht des Kantons Aargau zurückgewiesen.
5. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Versicherungsgericht des Kantons Aargau und dem Bundesamt für Gesundheit schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 20. Dezember 2012
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Ursprung
Die Gerichtsschreiberin: Kopp Käch