Sachverhalt:
A. Die Y._ AG (Klägerin und Beschwerdegegnerin) macht gegen die X._ AG (Beklagte und Beschwerdeführerin) Honoraransprüche geltend. Sie stützt sich dabei auf eine Vereinbarung, mit welcher sich die Parteien über ein pauschales Honorar von EUR 500'000.-- geeinigt hätten. Die Beklagte bestreitet, eine Vereinbarung diesen Inhalts geschlossen zu haben.
B. B.a Am 4. April 2009 reichte die Klägerin beim Amtsgericht Luzern-Land Klage ein mit dem Begehren, die Beklagte sei zur Zahlung von EUR 434'200.-- zu verurteilen. Darauf erhob die Beklagte Widerklage mit dem Begehren, die Klägerin/Widerbeklagte sei zur Zahlung von insgesamt EUR 146'840.-- zu verurteilen.
Mit Urteil vom 1. Oktober 2010 wies das Amtsgericht Luzern-Land sowohl die Klage als auch die Widerklage ab.
B.b Gegen dieses Urteil erklärte die Klägerin Appellation beim Obergericht des Kantons Luzern mit dem Begehren, es sei das erstinstanzliche Urteil aufzuheben, soweit die Klage abgewiesen und ihr Kosten auferlegt worden waren. Im Übrigen wiederholte sie die erstinstanzlich gestellten Anträge.
Mit Urteil vom 6. September 2011 hiess das Obergericht des Kantons Luzern die Klage teilweise gut und verurteilte die Beklagte zur Zahlung von EUR 391'160.--.
C. Mit Beschwerde in Zivilsachen vom 7. Oktober 2011 beantragt die Beklagte dem Bundesgericht, es sei das Urteil des Obergerichts aufzuheben und die Klage abzuweisen.
Die Beschwerdegegnerin beantragt, auf die Beschwerde sei nicht einzutreten, eventualiter sei sie abzuweisen. Die Vorinstanz beantragt die Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten ist.

Erwägungen:
1. Das Bundesgericht prüft von Amtes wegen und mit freier Kognition, ob ein Rechtsmittel zulässig ist (<ref-ruling> E. 1; <ref-ruling> E. 1, 101 E. 1).
1.1 Die Beschwerde richtet sich gegen einen verfahrensabschliessenden Entscheid (<ref-law>) einer oberen kantonalen Instanz, die auf ein Rechtsmittel hin kantonal letztinstanzlich in einer Zivilsache entschieden hat (Art. 75 i.V.m. <ref-law>), die Rechtsbegehren der Beschwerdeführerin sind im kantonalen Verfahren nicht geschützt worden (<ref-law>), der massgebende Streitwert beträgt mehr als Fr. 30'000.-- (Art. 51 i.V.m. <ref-law>) und die Beschwerdefrist ist eingehalten (<ref-law>). Auf die Beschwerde ist somit unter Vorbehalt einer hinreichenden Begründung (Art. 42 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>) einzutreten.
1.2 Die Beschwerdeführerin reicht dem Bundesgericht neu eine Schlussabrechnung der Beschwerdegegnerin vom 23. August 2007 ein. Mit dieser hatte die Beschwerdegegnerin der Beschwerdeführerin einen Betrag von EUR 1'250'000.-- in Rechnung gestellt. Dies belege, dass auch die Beschwerdegegnerin selbst nie davon ausgegangen sei, die Parteien hätten sich auf ein pauschales Honorar von EUR 500'000.-- geeinigt.
1.2.1 Neue Tatsachen und Beweismittel dürfen nach <ref-law> nur soweit vorgebracht werden, als erst der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt, was in der Beschwerde näher darzulegen ist (<ref-ruling> E. 3 S. 395 mit Hinweis).
1.2.2 Die Beschwerdeführerin macht geltend, erst der angefochtene Entscheid habe Anlass zur Einreichung gegeben, da die Vorinstanz entgegen der Beurteilung des erstinstanzlichen Gerichts und der Argumentation der Beschwerdegegnerin in der Mailkorrespondenz der Parteien vom März 2006 eine Vertragseinigung erblickt habe. Die Beschwerdeführerin hätte erwarten dürfen, dass sich die Vorinstanz mit dem gesamten Sachverhalt auseinandersetze und nicht bloss mit drei E-Mails.
Diese Ausführungen gehen an der Sache vorbei. Die Beschwerdeführerin sieht in der neu eingereichten Schlussabrechnung ein weiteres Indiz dafür, dass zwischen den Parteien nie ein Konsens über ein pauschales Honorar von EUR 500'000.-- bestand. Diese Frage bildet indessen den eigentlichen Gegenstand des vorliegenden Verfahrens. Die Beschwerdeführerin hatte somit bereits in den vorinstanzlichen Verfahren Anlass, die Schlussabrechnung als Beweismittel einzureichen. Im bundesgerichtlichen Verfahren hat diese folglich unbeachtet zu bleiben.
Diese Ausführungen gehen an der Sache vorbei. Die Beschwerdeführerin sieht in der neu eingereichten Schlussabrechnung ein weiteres Indiz dafür, dass zwischen den Parteien nie ein Konsens über ein pauschales Honorar von EUR 500'000.-- bestand. Diese Frage bildet indessen den eigentlichen Gegenstand des vorliegenden Verfahrens. Die Beschwerdeführerin hatte somit bereits in den vorinstanzlichen Verfahren Anlass, die Schlussabrechnung als Beweismittel einzureichen. Im bundesgerichtlichen Verfahren hat diese folglich unbeachtet zu bleiben.
1.3 1.3.1 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht (<ref-law>). "Offensichtlich unrichtig" bedeutet dabei "willkürlich" (<ref-ruling> E. 1.2.2). Überdies muss die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein (<ref-law>). Die beschwerdeführende Partei, welche die Sachverhaltsfeststellungen der Vorinstanz anfechten will, muss klar und substanziiert aufzeigen, inwiefern die gerügten Feststellungen bzw. die Unterlassung von Feststellungen offensichtlich unrichtig sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruhen (vgl. <ref-ruling> E. 1.4.3; <ref-ruling> E. 1.3, 393 E. 7.1, 462 E. 2.4).
Wird Willkür in der Ermittlung des Sachverhalts geltend gemacht, ist zu beachten, dass dem Sachrichter in der Beweiswürdigung ein breiter Ermessensspielraum zusteht; die beschwerdeführende Partei hat daher darzulegen, inwiefern das kantonale Gericht sein Ermessen missbraucht, insbesondere offensichtlich unhaltbare Schlüsse gezogen, erhebliche Beweise übersehen oder willkürlich ausser Acht gelassen habe (vgl. <ref-ruling> E. 2.1; <ref-ruling> E. 2.1; <ref-ruling> E. 4b S. 40; <ref-ruling> E. 1b S. 30). Auf eine Kritik an den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz, die diesen Anforderungen nicht genügt, namentlich auf bloss appellatorische Vorbringen, ist nicht einzutreten (<ref-ruling> E. 1.4.3, 396 E. 3.1 S. 399).
1.3.2 Diese Grundsätze verkennt die Beschwerdeführerin über weite Strecken. Sie unterbreitet dem Bundesgericht ihre Sicht der Dinge und erweitert dabei den vorinstanzlich festgestellten Sachverhalt beliebig, ohne substanziierte Sachverhaltsrügen im vorstehenden Sinne zu erheben. Darauf ist nicht einzutreten.
2. Die Beschwerdeführerin rügt, die Vorinstanz habe zu Unrecht eine Einigung der Parteien über ein Honorar von EUR 500'000.-- angenommen. Sie macht im Wesentlichen geltend, die vorinstanzliche Auslegung sei unzutreffend.
2.1 Die Vorinstanz hat festgestellt, der Beschwerdegegnerin sei der Beweis gelungen, dass zwischen den Parteien ein tatsächlicher Konsens über die von ihr behauptete Honorarvereinbarung im Betrag von EUR 500'000.-- bestanden habe.
2.2 Der Bestand eines Vertrages ist wie dessen Inhalt durch Auslegung der Willensäusserungen der Parteien zu bestimmen. Ziel der Vertragsauslegung ist es, in erster Linie den übereinstimmenden wirklichen Parteiwillen festzustellen (<ref-law>). Steht eine tatsächliche Willensübereinstimmung fest, bleibt für eine Auslegung nach dem Vertrauensgrundsatz kein Raum (<ref-ruling> E. 3.1; <ref-ruling> E. 1a S. 73). Die Feststellung des tatsächlichen Parteiwillens beruht auf Beweiswürdigung (vgl. <ref-ruling> E. 3.2 S. 413; <ref-ruling> E. 2.3.2 S. 274, 626 E. 3.1 S. 632 mit Hinweisen). Sie kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). "Offensichtlich unrichtig" bedeutet dabei "willkürlich" (<ref-ruling> E. 1.5 S. 130, 397 E. 1.5 S. 401; <ref-ruling> E. 1.2.2 S. 252).
2.3 Die Beschwerdeführerin verkennt, dass die Vorinstanz nicht eine Auslegung nach dem Vertrauensgrundsatz vorgenommen, sondern eine tatsächliche Willensübereinstimmung der Parteien festgestellt hat. Diese Sachverhaltsfeststellung ist für das Bundesgericht grundsätzlich bindend. Den Anforderungen an substanziierte Sachverhaltsrügen (vgl. E. 1.3.1) genügen die Ausführungen der Beschwerdeführerin nicht. Darauf kann somit nicht eingetreten werden.
3. Nach dem Gesagten ist auf die Beschwerde nicht einzutreten. Bei diesem Verfahrensausgang wird die Beschwerdeführerin kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 sowie Art. 68 Abs. 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Auf die Beschwerde wird nicht eingetreten.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 7'000.-- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
3. Die Beschwerdeführerin hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 8'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Luzern, 1. Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 5. März 2012
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Klett
Die Gerichtsschreiberin: Schreier