Sachverhalt:
A. X._ fuhr am 24. November 2009 um ca. 21.30 Uhr als Lenker eines Personenwagens von Riniken kommend in Richtung Rüfenach. In der Linkskurve bei der Abzweigung zum Waldhaus Rüfenach geriet er mit dem Fahrzeug von der Strasse nach rechts auf das angrenzende Wiesland und prallte in einen am rechten Strassenrand stehenden Baum. Der Unfall ereignete sich auf einer eher schmalen Landstrasse ohne Trottoir, die sich vor der Unfallstelle mehrere hundert Meter dem Waldrand entlangschlängelt. Im Tatzeitpunkt herrschte auf der betreffenden Fahrtstrecke wenig Verkehr. Die Strassenverhältnisse waren eher schlecht (feuchte Strasse, starke Dunkelheit). X._ erlitt mehrere Knochenbrüche. Er musste von der Feuerwehr aus dem Fahrzeug geschnitten werden.
B. Das Bezirksamt Brugg verurteilte X._ mit Strafbefehl vom 30. August 2010 gestützt auf Art. 27 Abs. 1 SVG, Art. 4a Abs. 1 lit. b VRV und Art. 32 Abs. 1 SVG i.V.m. Art. 90 Ziff. 2 SVG sowie Art. 31 Abs. 1 SVG i.V.m. Art. 90 Ziff. 1 SVG (Missachtung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit ausserorts, Nichtanpassen der Geschwindigkeit an die Strassen- und Sichtverhältnisse und Nichtbeherrschen des Fahrzeugs) zu einer bedingten Geldstrafe von 20 Tagessätzen zu je Fr. 110.-- und einer Busse von Fr. 700.--. Es warf X._ vor, er sei mit überhöhter Geschwindigkeit von ca. 100 km/h unterwegs gewesen. Angesichts der Strassenverhältnisse sei seine Fahrweise riskant gewesen.
C. X._ erhob gegen den Strafbefehl Einsprache, wobei er erklärte, die Opposition richte sich einzig gegen die Verurteilung gemäss Art. 90 Ziff. 2 SVG. Die Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau überwies die Einsprache an das Bezirksgericht Brugg mit dem Antrag auf Verurteilung von X._ gemäss Strafbefehl.
D. Das Bezirksgericht Brugg sprach X._ am 1. März 2011 vom Vorwurf der groben Verletzung der Verkehrsregeln gemäss Art. 90 Ziff. 2 SVG frei (Dispositiv-Ziff. 1). Es erklärte ihn wegen einfacher Verletzung der Verkehrsregeln nach Art. 90 Ziff. 1 SVG (Missachtung der signalisierten Höchstgeschwindigkeit ausserorts, Nichtanpassen der Geschwindigkeit an die Strassen- und Sichtverhältnisse und Nichtbeherrschen des Motorfahrzeugs) schuldig und auferlegte ihm eine Busse von Fr. 500.-- (Dispositiv-Ziff. 2 und 3) sowie die Gerichtskosten (Dispositiv-Ziff. 4). Eine Parteientschädigung sprach es ihm nicht zu.
Das Bezirksgericht hält für erwiesen, dass X._ auf der betreffenden Ausserortsstrecke die zulässige Höchstgeschwindigkeit zumindest zeitweise überschritt, wobei es von Tempoüberschreitungen im Bereich von 5 bis 20 km/h ausgeht. Zufolge einer Ablenkung durch ein Reh am Strassenrand sei er zudem über eine kurze Zeitspanne unaufmerksam gewesen. Dadurch sei seine Reaktionsfähigkeit beeinträchtigt gewesen, was zum Kontrollverlust über das Fahrzeug geführt habe.
E. X._ legte gegen dieses Urteil Berufung ein. Er beantragte, es sei ihm für das erstinstanzliche Gerichtsverfahren eine Parteientschädigung von Fr. 2'405.15 zuzusprechen. Das Obergericht des Kantons Aargau wies die Berufung am 8. Mai 2012 ab.
F. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit dem Antrag, den Entscheid des Obergerichts vom 8. Mai 2012 aufzuheben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen.

Erwägungen:
1. Am 1. Januar 2011 trat die Schweizerische Strafprozessordnung vom 5. Oktober 2007 (StPO; SR 312.0) in Kraft. Der Entscheid des Bezirksgerichts Brugg erging am 1. März 2011. Das vorliegende Verfahren richtet sich nach neuem Recht (vgl. Art. 448 Abs. 1 und Art. 454 Abs. 1 StPO; <ref-ruling> E. 1.1 mit Hinweisen).
2. Der Beschwerdeführer rügt, er habe mit seiner Einsprache gegen den Strafbefehl der Staatsanwaltschaft obsiegt, da ihn das Bezirksgericht vom Vorwurf der groben Verkehrsregelverletzung im Sinne von Art. 90 Ziff. 2 SVG freigesprochen habe. Er habe sich von Beginn der Strafuntersuchung an gegen diesen Vorwurf zur Wehr setzen müssen, habe aber selber die Verurteilung wegen einfacher Verkehrsregelverletzung beantragt. Verursacher der Kosten für den Parteiaufwand sei in einem solchen Fall der Staat. Der angefochtene Entscheid verletze die grundlegenden Prinzipien des Entschädigungsrechts und stelle einen Verstoss gegen das Gebot des "fair trail" gemäss Art. 6 Ziff. 1 und 2 EMRK dar. Das Bezirksgericht hätte ihm in analoger Anwendung von Art. 436 Abs. 2 StPO eine Entschädigung für die geltend gemachten Parteikosten ausrichten müssen. Die Vorinstanz berufe sich für die Verweigerung der Parteientschädigung zu Unrecht auf Art. 429 StPO.
3. 3.1 Der Beschwerdeführer verlangt eine volle Entschädigung der Kosten seiner privaten Verteidigung im erstinstanzlichen Gerichtsverfahren. Er stellt sich auf den Standpunkt, es wäre gar nie zum Verfahren vor dem Bezirksgericht gekommen, wenn die Staatsanwaltschaft im Strafbefehl von der korrekten rechtlichen Qualifikation ausgegangen wäre.
Die beantragte Entschädigung der erstinstanzlichen Anwaltskosten setzt voraus, dass der beschuldigten Person ein Anspruch auf Erledigung des Strafverfahrens durch einen Strafbefehl zuerkannt wird. Verneint man dies, kann der Staatsanwaltschaft nicht vorgeworfen werden, sie habe durch den Erlass eines "falschen" Strafbefehls die erstinstanzlichen Verteidigungskosten verursacht.
3.2 Das Strafbefehlsverfahren ist Bestandteil des Vorverfahrens. Der Strafbefehl stellt einen Vorschlag zur aussergerichtlichen Erledigung des Straffalles (BBl 2006 1291) bzw. ein Angebot zur summarischen Verfahrenserledigung dar (NIKLAUS SCHMID, Schweizerische Strafprozessordnung, Praxiskommentar, 2009, N. 1 vor Art. 352-357 StPO; CHRISTIAN SCHWARZENEGGER, in: Kommentar zur Schweizerischen Strafprozessordnung, Donatsch/Hansjakob/Lieber [Hrsg.], 2010, N. 1 zu Art. 352 StPO mit weiteren Hinweisen). Art. 352 Abs. 1 und Art. 324 Abs. 1 StPO sind nicht als Kann-Vorschriften konzipiert. In der Lehre wird daher mehrheitlich die Auffassung vertreten, ein Strafbefehl habe zwingend zu ergehen, wenn die Voraussetzungen von Art. 352 Abs. 1 StPO erfüllt sind (SCHMID, Praxiskommentar, a.a.O., N. 4 zu Art. 352 StPO; DERS., Handbuch des schweizerischen Strafprozessrechts, 2009, N. 1354 S. 618; FRANZ RIKLIN, in: Basler Kommentar, Schweizerische Strafprozessordnung, 2011, N. 14 f. zu Art. 352 StPO; SCHWARZENEGGER, a.a.O., N. 12 zu Art. 352 StPO; vgl. auch GILLIÉRON/KILLIAS, in: Commentaire romand, Code de procédure pénale suisse, 2011, N. 20 zu Art. 352 StPO). Die Frage ist allerdings umstritten (vgl. dazu YVAN JEANNERET, Ordonnance pénale et procédure simplifiée: une autoroute semée d'embûches?, in: Jusletter 13. Februar 2012, S. 2 f.). Kontrovers ist zudem, ob das Gericht die Staatsanwaltschaft anweisen kann, einen Strafbefehl zu erlassen (vgl. RIKLIN, a.a.O., N. 14 zu Art. 352 StPO; siehe auch den Beschluss UH110117 vom 1. Juni 2011 des Obergerichts des Kantons Zürich sowie JEANNERET, a.a.O., Rz. 8 S. 3). Dass die beschuldigte Person ein Interesse am Erlass eines Strafbefehls haben kann, liegt auf der Hand, zumal sie dadurch ihres Anspruchs auf ein gerichtliches Verfahren nicht verlustig geht. Nebst der geringeren Mediatisierung und schnelleren Verfahrenserledigung können aus Sicht der beschuldigten Person vor allem Kostengründe für den Strafbefehl sprechen (vgl. RIKLIN, a.a.O., N. 15 zu Art. 352 StPO; GILLIÉRON/KILLIAS, a.a.O., N. 2 zu Art. 352 StPO).
3.3 Voraussetzung für den Erlass eines Strafbefehls ist gemäss Art. 352 Abs. 1 StPO u.a., dass die beschuldigte Person im Vorverfahren den Sachverhalt eingestanden hat oder dieser anderweitig ausreichend geklärt ist. Bestreitet die beschuldigte Person den ihr zur Last gelegten und später gerichtlich festgestellten Sachverhalt, kann sie der Staatsanwaltschaft grundsätzlich nicht zum Vorwurf machen, sie habe zu Unrecht keinen Strafbefehl erlassen.
3.4 Die Tacho-Nadel des Fahrzeugs des Beschwerdeführers blieb nach der Kollision mit dem Baum bei ca. 100 km/h stecken. Y._, die Lenkerin des Fahrzeugs, das der Beschwerdeführer kurz vor dem Unfall überholt hatte, gab anlässlich der Einvernahme vom 24. November 2009 an, sie selber sei im Zeitpunkt des Überholmanövers durch den Beschwerdeführer mit 80 km/h unterwegs gewesen. Sie habe damals einen Blick auf ihren Tacho geworfen. Der Beschwerdeführer habe sie auf sehr kurzer Strecke überholt, woraus sie habe schliessen können, dass dieser deutlich zu schnell unterwegs gewesen sei. Sie habe sich sogleich gedacht, dass der massiv zu schnell fahrende Lenker hoffentlich nicht die Herrschaft über sein Fahrzeug verliere und verunglücke. Sie schätzte dessen Geschwindigkeit auf 100 km/h (kant. Akten, Urk. 23 f.). Der Beschwerdeführer konnte am 19. Dezember 2009 von der Kantonspolizei Aargau zum Verkehrsunfall vom 24. November 2009 einvernommen werden. Er bestritt, mit übersetzter Geschwindigkeit gefahren zu sein. Y._ sei im Zeitpunkt des Überholmanövers mit weniger als 80 km/h unterwegs gewesen, ansonsten er sie nicht überholt hätte. Er machte geltend, er habe in der Linkskurve auf dem Wiesland links ein Richtung Strasse rennendes Reh wahrgenommen. Beim Ausweichmanöver nach rechts sei sein Fahrzeug ins Schleudern geraten und mit dem Baum kollidiert. Er sei weder zu schnell unterwegs gewesen noch habe er die Kurve zu schnell befahren. Der einzige Grund für den Unfall sei das auf die Strasse rennende Reh gewesen (kant. Akten, Urk. 28 ff.).
3.5 Angesichts der verfügbaren Beweise konnte der vom Beschwerdeführer behauptete Sachverhalt nicht als klar bezeichnet werden. Vielmehr war von einer umstrittenen Beweislage auszugehen. Der Beschwerdeführer war im Vorverfahren selbst ausgehend von der bezirksgerichtlichen Beweiswürdigung nicht geständig, da er die Geschwindigkeitsüberschreitung bestritt und einzig ein auf die Strasse rennendes Reh für den Unfall verantwortlich machte. Bei dieser Sachlage bestand - auch wenn man Art. 352 Abs. 1 StPO als zwingend betrachtet - kein Anspruch auf Erledigung des Strafverfahrens durch einen Strafbefehl. Der Staatsanwaltschaft kann nicht zum Vorwurf gemacht werden, dass sie das Verfahren zur gerichtlichen Beurteilung an das Bezirksgericht überwies. Entsprechend können die erstinstanzlichen Verteidigungskosten nicht als vom Staat verursacht gelten.
4. Für Rügen der Verletzung von Grundrechten gelten erhöhte Begründungsanforderungen (Art. 106 Abs. 2 BGG; <ref-ruling> E. 1.4.1 mit Hinweisen). Die vom Beschwerdeführer behauptete Verletzung von Art. 6 Ziff. 1 und 2 EMRK genügt diesen Anforderungen nicht. Auf die Rüge ist nicht einzutreten.
5. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Aargau, Strafgericht, 3. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 21. Dezember 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Unseld