Faits:
A. La société A._ est notamment propriétaire des parcelles n° 2'273 et 2'278 du cadastre de la commune de Vevey comprises dans le périmètre du plan partiel d'affectation "Les Moulins de la Veveyse" (ci-après: PPA). Sur ces parcelles a été érigée, au début du XXème siècle, la Halle Inox des ateliers mécaniques de Vevey, aujourd'hui désaffectée et désignée en tant que "bâtiment A5" dans le règlement du PPA (ci-après: RPPA).
Après avoir déposé en 2008 une demande de permis de construire tendant à transformer le bâtiment en salle polyvalente, projet auquel la commune ne s'opposait pas, A._ a demandé une nouvelle autorisation de construire: celle-ci vise une rénovation totale et un changement d'affectation de l'ancienne Halle Inox en bâtiment à plusieurs logements, destiné exclusivement à l'habitation. Selon les plans, quatre logements sont prévus dans le bâtiment, occupant les 4/5èmes du volume de la Halle Inox; une trame centrale correspondant au 1/5ème de l'espace intérieur permet une ouverture du volume jusqu'en toiture où la machinerie des ponts roulants est maintenue seulement sur un tronçon limité; les façades sont reconstituées de manière à retrouver les ouvertures, les matériaux et les proportions d'origine.
La demande, mise à l'enquête publique du 22 octobre au 22 novembre 2010, a suscité l'opposition de l'association Pro Riviera au motif que la subdivision du volume en différents niveaux pourrait dénaturer la substance du bâtiment. Parmi les autorisations et préavis cantonaux recueillis par la Centrale des autorisations (CAMAC), le préavis du Service Immeuble, Patrimoine et Logistique était négatif, estimant que l'intervention projetée serait trop lourde avec une sauvegarde très partielle de la halle existante.
Par décision du 14 février 2011, la Municipalité de Vevey (ci-après la Municipalité) a refusé le permis de construire, s'appuyant sur l'art. 77 de la loi cantonale sur l'aménagement du territoire et les constructions du 4 décembre 1985 (LATC; RSV 700.11). Elle a estimé que le projet compromettait le développement futur du quartier et décidé qu'il convenait d'ouvrir la procédure de modification du PPA.
B. A._ a recouru contre cette décision auprès de la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton du Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal). Celle-ci a procédé à une inspection locale en présence des parties, le 31 août 2011. Par arrêt du 27 décembre 2011, le Tribunal cantonal a rejeté le recours, dit que la décision de la Municipalité était maintenue et mis à la charge de A._ les frais et dépens de la procédure.
Les juges cantonaux ont considéré en substance que le projet de rénovation ne respectait pas l'art. 28 al. 3 RPPA, dans la mesure où il ne maintenait pas dans son ensemble le volume intérieur de la Halle Inox avec la charpente métallique et les ponts roulants sur toute la longueur du bâtiment; la Municipalité pouvait ainsi refuser le permis de construire pour ce motif, de sorte qu'il n'était pas nécessaire d'examiner si les conditions de l'art. 77 LATC justifiaient également le refus de l'autorisation.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ conclut à l'annulation de l'arrêt cantonal et au renvoi de la cause à l'autorité inférieure pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Invoquant un déni de justice et une violation de son droit d'être entendue, la recourante reproche principalement à la cour cantonale d'avoir modifié la motivation juridique de sa décision par rapport à celle de la Municipalité.
Le Tribunal cantonal se réfère aux considérants de son arrêt. Le Service Immeuble, Patrimoine et Logistique conclut au rejet du recours et à la confirmation de l'arrêt attaqué. La Municipalité conclut, sous suite de frais et dépens, au rejet du recours. La recourante a répliqué par courrier du 22 mars 2012.

Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision finale (<ref-law>) prise en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF) dans le domaine du droit public des constructions (<ref-law>), le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public selon les <ref-law>, aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'étant réalisée.
La recourante a pris part à la procédure de recours devant le Tribunal cantonal. En tant que propriétaire des parcelles pour lesquelles un permis de construire a été refusé, elle peut se prévaloir d'un intérêt personnel et digne de protection à l'annulation de l'arrêt attaqué. Elle a dès lors qualité pour agir au sens de l'<ref-law>. Les autres conditions de recevabilité sont par ailleurs réunies, si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière sur le fond.
2. Dans un premier moyen, la recourante fait valoir une violation du principe de l'autonomie communale (art. 50 al. 1 Cst.), dans la mesure où la cour cantonale se serait substituée à la Municipalité en modifiant la motivation juridique fondant la décision litigieuse. A la suivre, ce procédé violerait également les art. 2 al. 3 et 33 al. 3 let. b LAT.
En principe, le recours pour violation de l'autonomie communale ne peut être introduit que par les communes elles-mêmes, les communes bourgeoises, les communes spéciales et les autres collectivités de droit public dotées de compétences particulières comme les Eglises ayant la personnalité juridique de droit public (Auer/Malinverni/ Hottelier, Droit constitutionnel suisse, volume I, 2006, n. 298; Hansjörg Seiler, Gemeinden im schweizerischen Staatsrecht, in: Thürer/Aubert/ Müller (éd.), Droit constitutionnel suisse, 2001, p. 502 n. 41). Il est ainsi fermé aux particuliers comme moyen indépendant; ceux-ci peuvent toutefois soulever le grief de violation de l'autonomie communale à titre auxiliaire, à l'appui d'autres griefs (arrêt 1P.242/2005 consid. 1.4.2; <ref-ruling> consid. 3a p. 292). Tel est le cas lorsque le particulier allègue qu'une autorité cantonale de recours a interprété de manière arbitraire une disposition réglementaire édictée par une commune en vertu de son autonomie (<ref-ruling> consid. 2 p. 76 s.).
L'argumentation de la recourante fondée sur la violation de l'art. 50 al. 1 Cst. se confond en réalité avec les autres griefs exposés, à savoir la violation du droit d'être entendu (consid. 3) et l'application arbitraire du droit communal (consid. 4). Il convient dès lors de les traiter pour eux-mêmes, sans examiner la question d'une violation indépendante de l'autonomie communale.
3. La recourante reproche à la cour cantonale d'avoir commis un déni de justice formel et d'avoir violé son droit d'être entendue en refusant de statuer sur la problématique de l'art. 77 LATC pour préférer régler le litige sur la base du seul art. 28 RPPA.
3.1 La jurisprudence a déduit du droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.) le devoir pour le juge de motiver sa décision, afin que le justiciable puisse la comprendre, la contester utilement s'il y a lieu et exercer son droit de recours à bon escient. Pour répondre à ces exigences, le juge doit mentionner, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidé et sur lesquels il 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 (<ref-ruling> consid. 4.1 p. 88 et les arrêts cités). Dès lors que l'on peut discerner les motifs qui ont guidé la décision de l'autorité, le droit à une décision motivée est respecté (arrêt 2C_23/2009 du 25 mai 2009 consid. 3.1, publié in RDAF 2009 II p. 434).
En revanche, une autorité se rend coupable d'un déni de justice formel prohibé par l'art. 29 al. 2 Cst. si elle omet de se prononcer sur des griefs qui présentent une certaine pertinence ou de prendre en considération des allégués et arguments importants pour la décision à rendre (cf. <ref-ruling> consid. 5.2 p. 248; <ref-ruling> consid. 2b p. 102; <ref-ruling> consid. 2a p. 441).
3.2 A suivre la recourante, celle-ci aurait développé à l'encontre de la décision de refus d'autorisation de construire une argumentation fondée sur l'art. 77 LATC, seule norme évoquée par l'autorité de première instance. L'enjeu de la procédure devant la cour cantonale aurait ainsi été de savoir si les conditions d'application de cette disposition étaient réalisées et si, par voie de conséquence, le projet pouvait être bloqué dans l'attente de la réalisation d'une nouvelle planification.
Or, comme le relève pertinemment la Municipalité de Vevey, la recourante ne s'est pas limitée à plaider devant la cour cantonale uniquement la question de l'application de l'art. 77 LATC. Elle a au contraire également développé une argumentation détaillée destinée à démontrer que le projet de construction était conforme au plan d'affectation, se référant spécifiquement à l'art. 28 RPPA. Dans ces conditions, la décision attaquée ne consacre aucune violation du droit d'être entendue de la recourante en rapport avec l'argumentation juridique découlant de l'art. 28 RPPA et finalement retenue par la cour cantonale.
3.3 Certes, la cour cantonale ne s'est pas prononcée sur les conditions d'application de l'art. 77 LATC, modifiant en cela l'argumentation juridique retenue par l'autorité de première instance. Un tel procédé ne consacre pas un déni de justice formel.
A teneur de l'art. 89 al. 1 de la loi sur la procédure administrative du 28 octobre 2008 (LPA/VD; RS/VD 173.36), l'autorité de recours n'est pas liée par les conclusions des parties et elle applique le droit d'office (art. 41 LPA/VD). Elle peut dès lors également s'écarter des motifs retenus par l'instance inférieure et maintenir la décision attaquée en substituant au fondement - par hypothèse - irrégulier une autre base légale, valable (<ref-ruling> consid. 3 p. 370; arrêt 1P.495/2006 consid. 3.2; Moor/Poltier, Droit administratif, volume II, 3ème édition, 2011, p. 821; Thierry Tanquerel, Manuel de droit administratif, 2011, n. 898). Dans la mesure où la cour cantonale a fondé - à bon droit (cf. consid. 4 infra) - sa décision sur la non-conformité de l'autorisation de construire avec la planification locale (art. 28 RPPA), elle n'avait plus à examiner la question d'une éventuelle modification du plan d'affectation (art. 77 LATC). Cette dernière problématique se trouvait ainsi objectivement dénuée de toute pertinence, de sorte que la cour cantonale pouvait s'abstenir de l'examiner sans consacrer de déni de justice formel. Dans ces conditions, elle pouvait également renoncer à analyser si la Municipalité pouvait ou non refuser de produire le rapport rédigé par Nelly Wenger.
Ces griefs de la recourante doivent donc être entièrement rejetés.
4. Dans un dernier moyen, la recourante reproche à la cour cantonale d'avoir procédé à une application arbitraire de l'art. 28 RPPA.
4.1 Appelé à revoir l'interprétation d'une norme cantonale sous l'angle restreint de l'arbitraire, le Tribunal fédéral ne s'écarte de la solution retenue par l'autorité cantonale de dernière instance que si celle-ci apparaît insoutenable, en contradiction manifeste avec la situation effective, adoptée sans motifs objectifs et en violation d'un droit certain. En revanche, si l'application de la loi défendue par l'autorité cantonale ne s'avère pas déraisonnable ou manifestement contraire au sens et au but de la disposition ou de la législation en cause, cette interprétation sera confirmée, même si une autre solution - même préférable - paraît possible (<ref-ruling> consid. 2.4 p. 5; <ref-ruling> consid. 4 p. 560).
Le Tribunal fédéral fait preuve de retenue dans l'appréciation des circonstances locales. Dans ce domaine, les autorités locales disposent en effet d'un large pouvoir d'appréciation (cf. <ref-ruling> consid. 4.3 p. 416 et les références; arrêt 1P.678/2004 du 21 juin 2005 consid. 4, in ZBl 2006 p. 430).
4.2 L'art. 28 RPPA a pour but de réglementer la situation de trois bâtiments (A5, A7 et D5) situés dans le périmètre du plan d'affectation "Les Moulins de la Veveyse". Selon l'alinéa 1 de cette disposition, ces trois bâtiments "doivent être maintenus (et) peuvent être entretenus et réaménagés pour autant que leur volumétrie ne soit pas modifiée". L'alinéa 3 précise, pour le seul bâtiment A5, que "le réaménagement de la halle A5 devra sauvegarder la charpente métallique et l'ensemble mécanique intérieur, et tendre à retrouver le volume et les façades d'origine".
La cour cantonale a d'abord constaté que si l'art. 28 al. 3 RPPA visait le maintien de la charpente métallique intérieure et de la machinerie du pont roulant, il ne mentionnait pas expressément la conservation du volume intérieur de la Halle Inox; quant au plan directeur communal, il n'apportait pas non plus de précision au sujet du volume intérieur de ce bâtiment. L'instance précédente a dès lors fondé son interprétation sur la systématique du règlement: alors que la volumétrie extérieure des trois bâtiments A5, A7 et D5 ne doit pas être modifiée, une réglementation spéciale est applicable à la seule Halle Inox, réglementation qui vise le maintien de certains éléments intérieurs; pour cet objet, le législateur communal a voulu garder la trace historique de la fonction industrielle du bâtiment, laquelle doit rester compréhensible et lisible par l'utilisateur; or, le maintien de la charpente métallique et de l'ensemble mécanique, constitué de ponts roulants, n'est possible et n'a de sens que dans la mesure où le volume intérieur est conservé. Le Tribunal cantonal a ajouté que la règle communale ne se limitait pas au maintien de certains tronçons de la machinerie, mais exigeait la conservation de "l'ensemble mécanique intérieur", ce qui implique de conserver les structures du pont roulant sur toute la longueur de la halle.
La cour cantonale a conclu de cette interprétation systématique du règlement que les travaux de réaménagements de la Halle Inox doivent tendre au maintien du volume intérieur du bâtiment. En occupant les 4/5èmes du volume de la Halle et en laissant visible uniquement sur un tronçon limité la machinerie des ponts roulants, le projet n'était, de l'avis de la cour cantonale, pas compatible avec l'art. 28 RPPA.
4.3 Pour les motifs qui vont suivre, l'argumentation de la recourante n'est pas apte à démontrer que l'interprétation de la disposition de droit communal donnée par la cour cantonale serait arbitraire.
4.3.1 La recourante reproche d'abord à l'instance précédente de s'être fondée sur les déclarations du promoteur B._ dans un journal pour parvenir à une interprétation insoutenable de l'art. 28 RPPA.
Dans la décision attaquée, la cour cantonale fait effectivement référence à une publication de la Banque cantonale vaudoise (BCV) du 13 mars 2008, dans laquelle B._ déclare, au sujet de la Halle Inox, que "(l)e groupe A._ envisage de conserver ce magnifique bâtiment et de le transformer en site multi-usage pour des expositions, conférences et séminaires". La cour cantonale a certes déduit de cette déclaration une intention d'aménagement du constructeur qui était en concordance avec les objectifs de la commune (consid. 2b de l'arrêt attaqué). Pour parvenir à la conclusion que l'art. 28 al. 3 RPPA visait la protection du volume intérieur du bâtiment, la cour s'est cependant exclusivement fondée sur la systématique du règlement (consid. 2d de l'arrêt attaqué). Dès lors, la référence à la publication de la BCV n'a eu aucune influence sur le travail d'interprétation, ce qui enlève toute consistance au grief d'arbitraire de la recourante.
4.3.2 La recourante reproche ensuite aux juges cantonaux d'avoir limité leur approche systématique du règlement au seul art. 28 RPPA, sans tenir compte des art. 3 et 4 RPPA. Or, en autorisant de l'habitat ou de l'hôtellerie dans la Halle Inox, ces dispositions impliqueraient nécessairement que le volume intérieur de ce bâtiment puisse être occupé.
Quoiqu'en pense la recourante, l'interprétation relativement restrictive de l'art. 28 al. 3 RPPA ne s'avère pas insoutenable ou en contradiction manifeste avec les affectations autorisées par le règlement dans la Hall Inox. La décision attaquée ne remet pas en cause le principe de telles affectations, mais se limite à définir le degré d'atteinte que peuvent avoir des travaux de réaménagement dans un volume protégé. En tout état, le résultat auquel est parvenue la cour cantonale dans le cas particulier est exempt de tout critique s'agissant d'une occupation des 4/5èmes de l'espace intérieur par des logements avec la préservation de la machinerie des ponts roulants sur un tronçon limité seulement.
En considérant qu'un projet comportant une modification d'une telle ampleur du volume intérieur du bâtiment n'était pas conciliable avec le but de protection particulier assigné à la Halle Inox par l'art. 28 al. 3 RPPA, la cour cantonale n'a pas consacré une application du règlement contraire à son but.
4.3.3 Enfin, la recourante expose que l'interprétation donnée par la cour cantonale au règlement du plan partiel d'affectation consacrerait une violation de la garantie de la propriété (art. 26 Cst.) et une atteinte à sa liberté économique (art. 27 Cst.). A la suivre, la marge de manoeuvre qui lui resterait pour construire serait tellement réduite que l'atteinte à son droit de propriétaire serait largement excessive.
Là encore, la recourante perd de vue que la décision entreprise ne la prive pas de manière absolue de son droit de procéder, dans le bâtiment dont elle est propriétaire, aux affectations prévues par le règlement. Il ne s'agit donc pas ici, contrairement à la jurisprudence qu'elle cite, d'appliquer les règles déterminantes de planification contrairement à leur texte clair (cf. <ref-ruling> consid. 2 p. 213). Il n'est pas non plus question, quoiqu'en pense la recourante, d'instituer par le biais de l'art. 28 al. 3 RPPA une mesure de planification nécessitant une adoption formelle.
Pour le surplus, la restriction aux droits fondamentaux précités respecte les conditions posées par l'art. 36 Cst. En effet, le règlement incriminé repose sur une base légale cantonale (art. 17 al. 1 let. c LAT; art. 47 al. 2 ch. 2 LATC en lien avec l'art. 46 de la loi cantonale sur la protection de la nature, des monuments et des sites du 10 décembre 1969 [LPMNS; RSV 450.11]) (art. 36 al. 1 Cst.). Il n'est par ailleurs pas contesté que la Halle Inox bénéficie de la note 3 au recensement architectural de la commune et qu'elle doit ainsi être considérée comme étant un objet intéressant au niveau local, impliquant des mesures de sauvegarde particulières (cf. Pierre Moor, Commentaire LAT, n. 59 ad art. 17). Dans ces conditions, le règlement poursuit manifestement un but d'intérêt public (art. 36 al. 2 Cst.). Dans la mesure où il n'exclut pas entièrement les affectations prévues par le RPPA, il respecte encore le principe de la proportionnalité (art. 36 al. 3 Cst.).
4.4 Par conséquent, le grief d'interprétation arbitraire de l'art. 28 RPPA n'est pas fondé et le recours doit également être rejeté sur ce point.
5. Il s'ensuit que le recours est rejeté. La recourante, qui succombe, doit supporter les frais de la présente procédure (<ref-law>). Il n'y a pas lieu de prévoir de dépens au bénéfice de la Municipalité de Vevey, celle-ci ayant agi dans l'exercice de ses attributions officielles sans que son intérêt patrimonial soit en cause (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 francs, sont mis à la charge de la recourante.
3. Il n'est pas alloué de dépens à la Municipalité de Vevey.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Service Immeubles, Patrimoine et Logistique et à la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 2 avril 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Tornay Schaller