Sachverhalt:
A. Im Herbst 1994 veranstaltete die X._ (Beschwerdegegnerin) einen Architekturwettbewerb für den Neubau einer Kirche. Im Frühling 1995 empfahl die Wettbewerbsjury das Projekt des Architekten A._ (Beschwerdeführer) einstimmig zur Weiterbearbeitung und Ausführung. Dieses sah einen zentralen - aus drei Teilkörpern bestehenden - Sakralbau, einen allein stehenden Glockenturm sowie einen Verbindungstrakt vor.
Am 2. September 1995 schlossen die Parteien einen Architekturvertrag ab, mit dem der Beschwerdeführer von der Beschwerdegegnerin den Auftrag für das Vorprojekt sowie die Projekt-, Ausführungs- und Abschlussphase erhielt. Die im Mai 1996 begonnenen Bauarbeiten mussten im November 1996 eingestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich die Sakralräume im Rohbau. Nach dem Baustopp arbeitete der Beschwerdeführer zahlreiche Varianten für die noch fehlenden Teile der Kirche aus. Aufgrund seiner Detailpläne für den Ausbau der Sakralräume, die Erstellung des Verbindungstrakts und die Erstellung des Glockenturms kam am 21. August 1998 ein den ursprünglichen Vertrag abändernder bzw. ergänzender Architekturvertrag zwischen ihm und der Beschwerdegegnerin zustande.
Die Detailpläne des Beschwerdeführers kamen indessen nicht bzw. nur noch teilweise oder in abgeänderter Form zum Tragen, da die Beschwerdegegnerin im Sommer 1999 den Architektenauftrag widerrief. Unter Ausschluss des Beschwerdeführers und unter Leitung eines neu beigezogenen Architekten liess die Beschwerdegegnerin im Winter 2001/Frühjahr 2002 in einer zweiten Bauetappe die Sakralräume ausbauen und den Verbindungstrakt zum vorbestehenden Pfarrhaus errichten. In der lokalen Fachwelt war von Verwässerung wesentlicher Werkmerkmale, von mangelndem Kulturverständnis, Degradierung zur Kulisse, einem dilettantischen Flickwerk und grober Sünde an einem grossartigen Architekturwerk die Rede. Die dritte Bauetappe, in welcher der Glockenturm erstellt werden sollte, ist bis heute nicht in Angriff genommen worden.
B. Der Beschwerdeführer erhob beim Kantonsgericht von Graubünden Klage und beantragte im Wesentlichen, es sei festzustellen, dass die Beschwerdegegnerin bei der Bauausführung des Verbindungstrakts sein Urheberrecht dadurch verletzt habe, dass sie entscheidend und in wesentlichen Teilen vom Gesamtkonzept und der Projektidee des Beschwerdeführers abgewichen sei. Die Beschwerdegegnerin sei zudem zu verpflichten, den Verbindungstrakt abzubrechen und entsprechend der Projektidee und gemäss den Plänen des Beschwerdeführers zu erstellen. Eventualiter sei die Beschwerdegegnerin zu verpflichten, dem Beschwerdeführer eine Genugtuung von Fr. 250'000.-- zu bezahlen. Der Beschwerdegegnerin sei überdies zu untersagen, den Glockenturm in Abweichung vom Projekt und den Plänen des Beschwerdeführers zu erstellen. Das Urteil des Kantonsgerichts sei sodann in verschiedenen Tageszeitungen sowie Fachzeitschriften zu veröffentlichen.
Mit Urteil vom 3./4. September 2007 hiess das Kantonsgericht die Klage teilweise gut und stellte fest, dass die Beschwerdegegnerin bei der Bauausführung des Verbindungstrakts das Urheberrecht des Beschwerdeführers verletzt hat, indem sein Werk durch einen intransparenten, spiegelnden, lichtundurchlässig überdachten und den Sakralbaukörper verdeckenden und konkurrenzierenden Baukörper entstellt wird (Dispositiv-Ziffer 1). Das Kantonsgericht ordnete die Publikation des Rubrums sowie des Dispositivs des Urteils nach Eintritt der Rechtskraft an (Dispositiv-Ziffer 2). Im Übrigen wies es die Klage ab (Dispositiv-Ziffer 3) und verlegte die Kosten (Dispositiv-Ziffern 4 und 5). Dispositiv-Ziffer 6 enthält die Rechtsmittelbelehrung.
C. Mit Beschwerde in Zivilsachen beantragt der Beschwerdeführer, die Ziffern 2, 3, 4, 5 und 6 des Dispositivs des Urteils des Kantonsgerichts von Graubünden vom 3./4. September 2007 seien aufzuheben. Die Beschwerdegegnerin sei zu verpflichten, den Verbindungstrakt der Kirche auf eigene Kosten zurückzubauen; eventualiter sei sie zu verpflichten, dem Beschwerdeführer eine Genugtuungssumme von Fr. 250'000.-- oder nach richterlichem Ermessen zu bezahlen. Sodann sei das Rubrum und das Dispositiv des Urteils des Bundesgerichts nach Eintritt der Rechtskraft zu publizieren.
D. Die Beschwerdegegnerin und die Vorinstanz beantragen, die Beschwerde sei abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden könne. Die Vorinstanz hat auf weitere Ausführungen verzichtet und verweist auf die Erwägungen im angefochtenen Entscheid.

Erwägungen:
1. Das Kantonsgericht von Graubünden hat vorliegend als einzige kantonale Instanz im Sinne von Art. 64 des Urheberrechtsgesetzes (URG; SR 231.1) entschieden. Die Beschwerde in Zivilsachen ist daher unabhängig vom Streitwert zulässig (<ref-law>). Da auch die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen erfüllt sind, ist auf die Beschwerde einzutreten.
2. Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Es prüft unter Berücksichtigung der allgemeinen Begründungspflicht der Beschwerde (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG) 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. 1.4.1 S. 254 mit Hinweisen).
3. Der Beschwerdeführer rügt eine bundesrechtswidrige Anwendung von <ref-law> durch die Vorinstanz.
3.1 Nach Absatz 1 dieser Bestimmung kann das Gericht die Einziehung und Verwertung oder Vernichtung der widerrechtlich hergestellten Gegenstände oder der vorwiegend zu ihrer Herstellung dienenden Einrichtungen, Geräte und sonstigen Mitteln anordnen. <ref-law> nimmt ausgeführte Werke der Baukunst davon aus. Gemäss <ref-law>, der entsprechenden Einziehungsbestimmung im Strafverfahren, können ausgeführte Werke der Baukunst ebenfalls nicht eingezogen werden.
3.2 Die Feststellung der Vorinstanz, dass das Gesamtwerk des Beschwerdeführers durch die Realisierung des Verbindungstrakts durch die Beschwerdegegnerin entstellt worden ist, da es im Kern nicht mehr das darstellt, was es nach dem Ausführungsprojekt des Beschwerdeführers darstellen sollte, wird von den Parteien nicht bestritten. Die Vorinstanz erwog, dass ein Abbruch des Verbindungstrakts infolge <ref-law> nicht in Frage komme, da diese Bestimmung Ausdruck einer vom Gesetzgeber selbst vorweggenommenen Wertung für die Unverhältnismässigkeit der Vernichtung ausgeführter Bauwerke sei. Selbst wenn für eine richterliche Nachprüfung der Verhältnismässigkeit Raum bliebe, würde eine solche zur Bejahung der Unverhältnismässigkeit des Begehrens auf Abbruch des Verbindungstrakts führen.
3.3 Der Beschwerdeführer wendet dagegen ein, <ref-law> erlaube keine pauschale Ablehnung der Einziehung von Werken der Baukunst. Die Bestimmung wolle die Vernichtung eines Bauwerks nur dann verhindern, wenn das Urheberrecht durch Verwendung fremden geistigen Eigentums verletzt werde, d.h. wenn ein Architekt ein urheberrechtsgeschütztes Bauwerk erstelle und ein anderer Architekt dieses nachahme. In diesem Fall könne der erste Architekt mittels Schadenersatz so gestellt werden, wie wenn der Bau mit seinem Einverständnis erfolgt wäre. Verletze das Bauwerk hingegen den Urheber in seiner Persönlichkeit durch Entstellung, müsse sich ein anderes Resultat ergeben, da nicht wie im ersten Fall die Verwendung des Urheberrechts dem Eigentum gegenübergestellt werde, sondern die Verletzung des Urheberpersönlichkeitsrechts dem Eigentum gegenüberstehe. Selbst wenn <ref-law> ausgeführte Werke der Baukunst von der Vernichtung ausnehme, verbiete die Bestimmung deren teilweise Abänderung oder den Rückbau verunstaltender Elemente nicht.
3.4 Das Gesetz muss in erster Linie aus sich selbst heraus, das heisst nach dem Wortlaut, Sinn und Zweck sowie den ihm zu Grunde liegenden Wertungen auf der Basis einer teleologischen Verständnismethode ausgelegt werden. Die Gesetzesauslegung hat sich vom Gedanken leiten zu lassen, dass nicht schon der Wortlaut die Norm darstellt, sondern erst das an Sachverhalten verstandene und konkretisierte Gesetz. Gefordert ist die sachlich richtige Entscheidung im normativen Gefüge, ausgerichtet auf ein befriedigendes Ergebnis der ratio legis. Dabei befolgt das Bundesgericht einen pragmatischen Methodenpluralismus und lehnt es namentlich ab, die einzelnen Auslegungselemente einer hierarchischen Prioritätsordnung zu unterstellen. Die Gesetzesmaterialien können beigezogen werden, wenn sie auf die streitige Frage eine klare Antwort geben (<ref-ruling> E. 3.3.1 S. 178, 273 E. 3.2 S. 277).
3.5 Nach dem Gesetzeswortlaut unterscheidet <ref-law> nicht, auf welche Art und Weise das Urheberrecht verletzt wird, sondern nimmt ausgeführte Werke der Baukunst - im Gegensatz zu den in Absatz 1 aufgeführten Gegenständen - schlechthin von der Vernichtung aus.
Auch den Materialien ist die vom Beschwerdeführer befürwortete Unterscheidung nicht zu entnehmen. Vielmehr wurde zu Art. 68 des Entwurfs zum URG - dem heutigen <ref-law> - ausgeführt, dass nur diejenige Werkkategorie ausdrücklich von der Einziehung ausgenommen wird, bei der das Missverhältnis zwischen dem Zweck dieser Massnahme und den sich daraus für den Eigentümer ergebenden Folgen von vornherein evident ist (Botschaft vom 19. Juni 1989 zu einem Bundesgesetz über das Urheberrecht und verwandte Schutzrechte [Urheberrechtsgesetz, URG], BBl 1989 III 569). Der Gesetzgeber hat somit die Unverhältnismässigkeit dieser Massnahme ausgedrückt (BARRELET/EGLOFF, Das neue Urheberrecht, 3. Aufl. 2008, N. 7 zu <ref-law> und N. 6 zu <ref-law>; REHBINDER/VIGANÒ, Kommentar zum Urheberrecht, 3. Aufl. 2008, N. 3 zu <ref-law>; LUCAS DAVID, in: Müller/Oertli [Hrsg.], Urheberrechtsgesetz [URG], 2006, N. 22 zu <ref-law>). Die vom Gesetzgeber vorgenommene Interessenabwägung zwischen den Rechtsgütern Urheberrecht und Eigentum führt unter Berücksichtigung der Verhältnismässigkeit bei ausgeführten Werken der Baukunst somit - entgegen der Ansicht des Beschwerdeführers - zur Ablehnung der Vernichtung solcher Werke, und zwar unabhängig davon, auf welche Art und Weise das Urheberrecht verletzt worden ist.
Zum gleichen Ergebnis führt die Auslegung nach dem Sinn und Zweck der umstrittenen Bestimmung. <ref-law> will verhindern, dass ausgeführte Werke der Baukunst, die das Urheberrecht verletzen, vernichtet werden, da dies eine unverhältnismässige Massnahme darstellen würde. Als Ergebnis einer Interessenabwägung sieht <ref-law> daher eine generelle Ausnahme vor. Ob die Ausnahme in jedem Fall zu gelten hat, wie in dem vom Beschwerdeführer aufgezeigten Beispiel, wonach einem urheberrechtsgeschützten Haus ein entstellender Kamin aufgesetzt wird, der aufgrund <ref-law> belassen werden müsste, kann offen bleiben. Beim in Frage stehenden Verbindungstrakt zwischen der Kirche und dem Pfarrhaus handelt es sich nämlich nicht um einen Bauteil, der für das Bauwerk von untergeordneter Bedeutung ist, sondern um einen wesentlichen Bauteil, der von der Beschwerdegegnerin als Gemeindezentrum benützt wird und über eine Infrastruktur wie Foyer, Sakristei, Küche, Toiletten, Kiosk etc. verfügt. Ein Abbruch des Verbindungstrakts wäre unverhältnismässig, da kein Gemeindezentrum mehr bestehen würde, und sich die Beschwerdegegnerin entgegen der Behauptung des Beschwerdeführers zum Wiederaufbau gezwungen sähe. Ein Neubau würde ferner erhebliche Kosten auslösen, was der Beschwerdeführer mit der Gegenüberstellung der Baukosten der Sakralräume, des Verbindungstrakts und der voraussichtlich geringeren Kosten eines Rückbaus nicht zu entkräften vermag. Infolge der offensichtlichen Unverhältnismässigkeit des Abbruchs des Verbindungstrakts ist die in <ref-law> vorweggenommene Interessenabwägung daher ohne weiteres massgebend.
Unzutreffend ist im Übrigen die Behauptung des Beschwerdeführers, dass <ref-law> im Zusammenhang mit der Revisionsvorlage zum Patentgesetz beinahe weggefallen wäre. Es war lediglich eine Änderung von <ref-law> vorgesehen (vgl. Botschaft vom 23. November 2005 zur Änderung des Patentgesetzes und zum Bundesbeschluss über die Genehmigung des Patentrechtsvertrags und der Ausführungsordnung, BBl 2006 131 Ziff. 2.4.4.1 sowie BBl 2006 172). Entsprechend kann der Beschwerdeführer nichts daraus ableiten.
3.6 Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Vorinstanz kein Bundesrecht verletzt hat, indem sie das Begehren des Beschwerdeführers, den Verbindungstrakt abzureissen, abgewiesen hat.
4. Der Beschwerdeführer rügt sodann eine Verletzung von <ref-law> durch die Vorinstanz.
4.1 Nach <ref-law> bleiben Klagen nach dem Obligationenrecht auf Schadenersatz, Genugtuung und Herausgabe eines Gewinns entsprechend den Bestimmungen über die Geschäftsführung ohne Auftrag vorbehalten. Wer in seiner Persönlichkeit widerrechtlich verletzt wird, hat Anspruch auf Leistung einer Geldsumme als Genugtuung, sofern die Schwere der Verletzung es rechtfertigt und diese nicht anders wieder gutgemacht worden ist (<ref-law>). Anstatt oder neben dieser Leistung kann der Richter auch auf eine andere Art der Genugtuung erkennen (<ref-law>).
Da das Gesetz dem Richter somit die Möglichkeit einräumt, statt oder neben einer Geldleistung auf eine andere Art der Genugtuung zu erkennen, liegt die Bestimmung dieser anderen Art im Ermessen des Richters, der die Regeln von Recht und Billigkeit anwendet (<ref-law>). Bei solchen Entscheiden steht dem kantonalen Gericht ein weiter Ermessensspielraum zu, in den das Bundesgericht gemäss ständiger Praxis nur mit Zurückhaltung eingreift. Es ersetzt namentlich das Ermessen der Vorinstanz nicht durch sein eigenes, sondern schreitet nur ein, wenn die Vorinstanz grundlos von in Lehre und Rechtsprechung anerkannten Grundsätzen abgewichen ist, wenn sie Tatsachen berücksichtigt hat, die für den Entscheid im Einzelfall keine Rolle hätten spielen dürfen, oder wenn sie umgekehrt Umstände ausser Betracht gelassen hat, die zwingend hätten beachtet werden müssen. Ausserdem greift das Bundesgericht in Ermessensentscheide ein, falls sich diese als offensichtlich unbillig bzw. als in stossender Weise ungerecht erweisen (<ref-ruling> E. 5.4 S. 211; <ref-ruling> E. 4.1 S. 508; je mit Hinweisen).
4.2 Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe die Voraussetzungen für die Zusprechung einer Genugtuung nach <ref-law> verkannt und eine besonders schwere Verletzung verlangt. Dieser Vorwurf schlägt fehl: Die Vorinstanz hielt selbst fest, dass eine schwere Verletzung Voraussetzung für die Zusprechung einer Genugtuung sei. Eine besonders schwere Verletzung setzte sie nicht voraus.
4.3 Der Beschwerdeführer macht geltend, es müsse ihm als Genugtuung (zusätzlich) ein Geldbetrag zugesprochen werden. Die Feststellung der Urheberrechtsverletzung sowie die Veröffentlichung des Urteils würden zwar regional und in Fachkreisen wahrgenommen und damit seinen Ruf in diesem Kreis wiederherstellen. Dadurch erfolge aber weder eine generelle Richtigstellung noch würde die bestehende Verletzung beseitigt.
Die Genugtuung bezweckt den Ausgleich für erlittene seelische Unbill, indem damit das Wohlbefinden anderweitig gesteigert oder die Beeinträchtigung erträglicher gemacht wird (<ref-ruling> E. 2.2.2 S. 119; <ref-ruling> E. 4c/bb S. 15). Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers wäre eine Geldzahlung nicht geeignet, die festgestellte Verletzung generell zu beseitigen. Wie der Beschwerdeführer selbst vorbringt, geht es um sein berufliches Ansehen als Architekt. Die Vorinstanz erwog daher zu Recht, dass die Reparationsmittel der formellen Feststellung der Urheberrechtsverletzung und deren Veröffentlichung qualitativ besser zur Wiedergutmachung geeignet seien als eine Geldsumme (vgl. auch <ref-ruling> E. 12.2.2 S. 31 mit Hinweisen). Inwiefern sie dabei ihr Ermessen missbraucht haben soll, ist nicht ersichtlich und wird vom Beschwerdeführer auch nicht hinreichend dargetan. Die Vorinstanz hat mithin kein Bundesrecht verletzt, indem sie den Antrag des Beschwerdeführers auf Zusprechung einer (zusätzlichen) Genugtuung in Form einer Geldleistung abgewiesen hat.
5. Die Beschwerde in Zivilsachen ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Bei diesem Ausgang des Verfahrens wird der Beschwerdeführer kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 und Art. 68 Abs. 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 5'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Der Beschwerdeführer hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 6'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Kantonsgericht von Graubünden, Zivilkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 20. Januar 2009
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Die Gerichtsschreiberin:
Klett Feldmann