Faits:
A. I._ a travaillé en qualité de concierge pour le compte de l'Agence immobilière X._ & Cie depuis le 1er janvier 2004 à raison de cinq heures hebdomadaires. Elle a arrêté de travailler le 7 mai 2008 pour se faire opérer à la suite de la récidive d'un méningiome fronto-temporal gauche. Elle a repris le travail à 50 % le 1er mai 2009 (questionnaire pour l'employeur du 9 juin 2009).
Le 25 mai 2009, l'assurée a déposé une demande de prestations auprès de l'Office cantonal genevois de l'assurance-invalidité (ci-après: l'office AI) en raison des séquelles du méningiome cérébral.
Dans un rapport du 16 juin 2009, la doctoresse R._, spécialiste FMH en médecine interne et médecin traitant, a diagnostiqué, avec répercussion sur la capacité de travail, un méningiome fronto-temporal gauche réséqué en 1995 avec récidive locale de grade II, traitée par résection élective le 9 mai 2008 et compliquée d'un hématome local. Elle a fixé la capacité de travail résiduelle de l'assurée dans l'activité de concierge à 25 %.
Dans le cadre de l'instruction de la demande, l'office AI a obtenu des renseignements des docteurs K._, L._, N._, C._, médecins auprès du Service de neurorééducation de l'Hôpital Y._, du docteur W._, médecin adjoint auprès du Service de radio-oncologie de Y._ et du docteur J._, médecin adjoint auprès du Service de neurologie de Y._. Il a également demandé la réalisation d'un examen neuropsychologique au psychologue O._, spécialiste FSP en neuropsychologie et psychothérapie (rapport du 20 septembre 2010) et mandaté le docteur F._, spécialiste FMH en neurologie pour qu'il effectue une expertise (rapport du 1er février 2011).
Dans un rapport du 4 février 2011, la doctoresse M._, médecin auprès du Service médical régional AI (SMR), a considéré que la capacité de travail de l'assurée était nulle dans toute activité.
Une enquête ménagère, effectuée le 8 mars 2011, a fixé le taux d'empêchement ménager à 10 % et retenu que sans atteinte à la santé l'assurée aurait exercé une activité professionnelle à 15 %.
Par projet de décision du 14 avril 2011, confirmé par décision du 9 juin 2011, l'office AI a informé l'assurée qu'il envisageait de lui refuser le droit à des mesures professionnelles et à une rente d'invalidité. L'administration a retenu pour le statut d'active un taux de 15 % (et de 85 % pour le statut de ménagère), dès lors que l'assurée aurait travaillé à ce taux comme concierge sans atteinte à la santé, et non pas à 50 % comme elle le soutient. Avec un taux d'empêchement ménager de 10 %, il en résultait un taux global d'invalidité de 23,5 %, arrondi à 24 % (15 % pour la part professionnelle et 8,5 % pour la part ménagère), lequel était insuffisant pour donner droit à une rente d'invalidité. La capacité de travail étant entière (recte nulle) dans toute activité, l'octroi de mesures professionnelles devait également être refusé.
B. I._ a déféré cette décision à la Cour de Justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, qui, après avoir entendu le mari de I._, a par jugement du 23 novembre 2011 admis partiellement le recours, accordant à l'assurée une rente entière d'invalidité de mai à juillet 2009, un trois quarts de rente d'août 2009 à mars 2010 et un quart de rente dès avril 2010.
C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Il conclut principalement à la confirmation de sa décision du 9 juin 2011 et, subsidiairement, au renvoi du dossier à la juridiction cantonale pour complément d'instruction et nouveau jugement.
L'intimée a conclu, sous suite de frais et dépens, au rejet du recours, alors que l'Office fédéral des assurances sociales (OFAS) a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit:
1. 1.1 Le recours en matière de droit public (art. 82 ss LTF) peut être formé pour violation du droit selon les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF). Il n'est donc limité ni par les arguments soulevés dans le recours ni par la motivation retenue par l'autorité précédente; il peut admettre un recours pour un autre motif que ceux qui ont été invoqués et il peut rejeter un recours en adoptant une argumentation différente de celle de l'autorité précédente (cf. <ref-ruling> consid. 1.4 p. 140).
1.2 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Il peut cependant rectifier ou compléter d'office les constatations de l'autorité précédente si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF).
2. Le litige porte sur le droit de l'intimée à une rente de l'assurance-invalidité, singulièrement sur l'évaluation du degré d'invalidité. A cet égard, le jugement cantonal expose correctement les bases légales et la jurisprudence sur la notion d'invalidité, le droit à la rente d'invalidité et son étendue, ainsi que sur les différentes méthodes d'évaluation de l'invalidité. Il suffit donc d'y renvoyer.
3. 3.1 La juridiction cantonale a admis que l'intimée aurait travaillé à 50 % avant la rechute du méningiome si elle n'en avait pas été empêchée par les séquelles de sa première opération. Elle a retenu que l'intimée avait travaillé à 100 % jusqu'à son mariage, respectivement jusqu'à la naissance de son fils et que son état de santé était resté diminué à la suite de la première opération, ce qui l'avait empêchée de chercher un travail à 50 %. La juridiction cantonale a donc calculé la perte de gain pour la part professionnelle en se fondant sur la rémunération d'un concierge occupé à 50 %.
3.2 Le recourant soutient que l'appréciation de la juridiction cantonale est arbitraire, car l'intimée a elle-même allégué dans son recours cantonal qu'elle aurait travaillé à 40 %. Par ailleurs, l'intimée, qui depuis la naissance de son enfant n'a jamais travaillé plus de 12 à 15 % et ce uniquement depuis 2004, n'a pas apporté la preuve qu'elle aurait recherché d'autres activités avant cette date ou souhaité augmenter son taux d'occupation. Enfin, il estime qu'il est purement hypothétique de retenir un taux d'activité de 50 % en se fondant sur le fait que le mari réalisait un revenu modeste.
3.3 En l'espèce, il ressort du curriculum vitae de l'intimée et de l'extrait du compte individuel délivré par la Caisse cantonale genevoise de compensation, que celle-ci n'a pas exercé d'activité professionnelle entre le 1er juillet 1992 et le 1er janvier 2004. C'est par ailleurs au cours de l'année 1995 que l'intimée s'est mariée, qu'elle a donné naissance à son fils et subi sa première opération.
La question de la capacité de travail de l'intimée après l'opération de 1995 a été évoquée par le docteur K._, qui a indiqué que la patiente était connue pour la "résection de méningiome fronto-temporal gauche en 1995, neurosymptomatique, à l'exception de crises épileptiques partielles". Pour ce médecin, l'épilepsie partielle motrice est sans effet sur la capacité de travail (rapport du 22 juin 2009). Une appréciation identique avait déjà été émise par les doctoresses L._ et N._, médecins auprès du même service que leur confrère (rapport du 8 août 2008). Lors de son examen neuropsychologique, Monsieur O._ a mentionné que l'intimée avait été opérée d'un méningiome fronto-temporal gauche une première fois en 1995 "sans séquelle neuropsychologique" (rapport du 20 septembre 2010). Enfin, le docteur F._ a précisé dans son expertise du 1er février 2011 que "depuis la première opération, dont les suites ont été simples en 1995, Madame I._ souffre d'une épilepsie qui nécessite un traitement".
Au vu de ces différents éléments, il convient de constater que la juridiction cantonale a admis de façon arbitraire que l'intimée aurait travaillé à 50 % sans atteinte à la santé. En effet, celle-ci avait déjà arrêté de travailler trois ans avant son mariage. Selon les spécialistes en neurorééducation, la première opération n'a que faiblement limité la capacité de travail, l'épilepsie n'étant pas incapacitante. De plus, le dossier ne contient aucun élément qui permettrait de considérer que l'intimée aurait essayé d'exercer une activité à 50 % avant de travailler à 12 % comme concierge en 2004. Enfin, l'argument relatif au salaire "modeste" du mari de l'intimée relève davantage, dans le cas présent, d'une évaluation des conditions de vie possibles du couple que d'un indice probant pour fixer un taux probable d'activité professionnelle. Il convient donc de modifier le jugement cantonal sur ce point et d'admettre un taux d'activité professionnelle de 15 %, comme l'a retenu le recourant dans sa décision du 9 juin 2011, la part consacrée aux travaux ménagers représentant alors 85 % de l'activité globale.
4. 4.1 La juridiction cantonale a modifié les taux d'empêchement ménager déterminés par l'enquête ménagère concernant les trois points suivants: emplettes et courses diverses, lessive et entretien des vêtements, soins aux enfants ou autres membres de la famille. Elle a considéré que le taux d'empêchement ménager pour les emplettes et courses diverses (poste, assurance et services officiels), fixé par l'enquêtrice à 20 % avec une aide exigible du mari de 10 %, était sous-évalué. Elle l'a d'abord augmenté à 30 % estimant qu'aucune aide supplémentaire du mari ne pouvait être exigée car celui-ci travaillait 15 heures par jour avant l'intervention chirurgicale de 2008 et 12 heures actuellement. Dès lors que l'intimée ne pouvait plus faire les paiements ni répondre au téléphone, une augmentation supplémentaire de 20 % pour ce poste était justifiée, le portant finalement à 50 %, pour tenir compte du fait que les communications et les téléphones étaient plus nombreux en raison du travail de conciergerie. Concernant la lessive et l'entretien des vêtements, les premiers juges ont augmenté le taux d'empêchement de 20 à 50 % pour tenir compte du fait que le mari de l'intimée devait, depuis l'opération de 2008, entretenir lui-même ses habits professionnels et le linge de son tea-room, ce qui représentait trois machines à laver par semaine. Enfin, pour ce qui est des soins aux enfants ou aux autres membres de la famille, les juges cantonaux ont considéré que l'empêchement de 20 % retenu par l'enquêtrice était insuffisant. En effet, le fait que le mari de l'assurée devait se rendre à tous les rendez-vous de son fils (école, médecin) justifiait, selon eux, la prise en compte d'un taux d'incapacité de 30 %.
4.2 Le recourant reproche à la juridiction cantonale d'avoir violé le droit fédéral en s'écartant de l'enquête ménagère, laquelle a, selon lui, pleine valeur probante. Il lui fait également grief d'avoir refusé de prendre en compte l'aide du mari pour les emplettes et les courses, et de ne pas avoir examiné l'aide qu'on pouvait exiger de la part du fils de l'intimée, aujourd'hui âgé de 16 ans. Par ailleurs, dans le cadre de l'évaluation des empêchements du ménage, la juridiction cantonale ne pouvait pas prendre en compte des tâches relevant de l'activité de conciergerie. Concernant le poste "lessive et entretien des vêtements", le recourant estime que le taux d'empêchement de 30 % retenu par les premiers juges et motivé par le fait que le mari était obligé de faire trois lessives par semaine, était excessif.
5. 5.1 Comme l'ont rappelé les premiers juges, une enquête ménagère effectuée au domicile de la personne constitue en règle générale une base appropriée et suffisante pour évaluer les empêchements dans l'accomplissement des travaux habituels. En ce qui concerne la valeur probante d'un tel rapport d'enquête, il est essentiel qu'il ait été élaboré par une personne qualifiée qui a connaissance de la situation locale et spatiale, ainsi que des empêchements et des handicaps résultant des diagnostics médicaux. Il s'agit en outre de tenir compte des indications de la personne assurée et de consigner les opinions divergentes des participants. Enfin, le contenu du rapport doit être plausible, motivé et rédigé de façon suffisamment détaillée en ce qui concerne les diverses limitations et correspondre aux indications relevées sur place. Lorsque le rapport constitue une base fiable de décision, le juge ne saurait remettre en cause l'appréciation de l'auteur de l'enquête que s'il est évident qu'elle repose sur des erreurs manifestes (<ref-ruling>).
La part en pour-cent de l'activité ménagère accordée à chacun des postes en fonction de l'échelonnement prévu par la Circulaire de l'OFAS concernant l'invalidité et l'impotence de l'assurance-invalidité (CIIAI) relève du pouvoir d'appréciation, qui dépend d'une évaluation des circonstances concrètes de la situation en cause et n'est soumis à l'examen du juge de dernière instance que sous l'angle de l'excès ou de l'abus du pouvoir d'appréciation. En revanche, la constatation d'un empêchement pour les différents postes est une question de fait qui est examinée dans le cadre de l'art. 105 al. 2 LTF (cf. arrêt 9C_313/2007 du 8 janvier 2008 consid. 4.1).
5.2 En ce qui concerne les soins aux enfants ou aux autres membres de la famille, le recourant ne conteste pas l'appréciation de la juridiction cantonale retenant une invalidité de 3 % pour ce poste.
Concernant les emplettes et courses diverses, le recourant se borne à préciser que l'argumentation cantonale est "quelque peu légère". Il n'apporte aucun élément établissant en quoi l'appréciation des premiers juges serait manifestement erronée ou faite en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF. Le fait de ne pas avoir pris en considération l'aide exigible du fils de 16 ans ne peut être reproché à la juridiction cantonale puisque l'enquêtrice n'en a pas non plus fait état. En outre, il n'était pas contraire au droit dans le cas particulier de tenir compte de l'aide du mari pour les travaux de conciergerie effectués par l'intimée, dès lors que de l'avis de l'expert F._ (rapport d'expertise du 1er février 2011) et de l'enquêtrice (rapport d'enquête ménagère du 11 avril 2011), l'assurée était incapable d'effectuer seule cette activité. Par ailleurs, comme le relèvent les premiers juges, il semblerait que le travail supplémentaire (téléphones et communications) dû à l'activité de conciergerie - et que l'intimée ne pouvait plus assumer - n'a, en l'espèce, pas été pris en compte dans le cadre de l'évaluation de l'invalidité professionnelle. Le taux d'empêchement de 50 % retenu par la juridiction cantonale dans ce domaine, soit une invalidité de 5 %, n'apparaît dès lors pas arbitraire.
Pour le poste "lessive et entretien des vêtements", les premiers juges ont pris en compte le travail supplémentaire occasionné par la lessive des habits professionnels du mari de l'intimée et du linge du tea-room, représentant trois machines par semaine. Cette question, évoquée pour la première fois lors de l'audience du 9 novembre 2011 devant la juridiction cantonale, n'a pas été discutée par l'enquêtrice. Il ressort toutefois des constatations de l'enquêtrice, comme l'ont relevé à juste titre les premiers juges, que l'intimée pouvait encore faire la lessive et le repassage avec l'aide ponctuelle de son mari. La juridiction cantonale, qui n'a pas expliqué pour quelle raison l'intimée ne pouvait pas exécuter ce travail supplémentaire au même titre que les autres travaux de lessive, ne pouvait donc, sans fournir d'explications circonstanciées, augmenter le taux d'empêchement de 20 % à 50 % pour ce poste. Il était en effet arbitraire d'augmenter dans une telle proportion l'incapacité pour le seul motif que l'intimée était tenue de faire trois lessives supplémentaires par semaine dans le cadre de l'activité professionnelle de son mari. Même si cette activité fatiguait l'intimée, on pouvait raisonnablement attendre de sa part au regard de l'obligation de diminuer le dommage (<ref-ruling> consid. 4.2 p. 463, 123 V 230 consid. 3c p. 233) qu'elle remplisse cette tâche avec l'aide de son mari. En effet, au vu de son obligation de réduire le dommage, la personne assurée est notamment tenue d'adopter une méthode de travail adéquate, de répartir son travail en conséquence et de demander l'aide de ses proches dans une mesure convenable (voir <ref-ruling> consid. 4.2 p. 509 et les références; arrêt I 761/81 du 15 septembre 1983 consid. 5, in RCC 1984 p. 143). Dans ces conditions, il n'y avait pas lieu de s'écarter du taux d'invalidité de 4 % fixé par l'enquêtrice.
5.3 En tenant compte des nouveaux taux d'empêchement, la diminution de rendement fonctionnel dans l'accomplissement des travaux habituels se répartit désormais comme suit: 2 % dans la conduite du ménage; 5% dans les emplettes et courses diverses; 4 % dans la lessive et l'entretien des vêtements et 3 % dans les soins aux enfants, ce qui porte le degré d'invalidité pour la sphère ménagère à 14 %. La part consacrée à cette activité étant de 85 % (cf. supra consid. 3.3 in fine), le degré d'invalidité dans ce domaine est donc de 12 % (14 x 85 : 100 = 11,9, arrondi à 12 %).
6. 6.1 Le recourant reproche à la juridiction cantonale d'avoir fait débuter le droit à la rente d'invalidité en mai 2009, alors que selon lui, en application de l'art. 29 LAI, la naissance de ce droit n'aurait pu avoir lieu au plus tôt que le 1er novembre 2009.
6.2 En principe, les règles applicables sont celles en vigueur au moment où les faits juridiquement déterminants se sont produits (<ref-ruling> consid. 4.3).
Dans le cas particulier, le début de l'incapacité de travail déterminante pour fixer l'éventuel droit à une rente d'invalidité remonte au 9 mai 2008, soit à la date de l'opération subie par l'intimée. Il convient donc d'appliquer au présent litige les modifications de la LAI du 6 octobre 2006 (5ème révision de la LAI), entrées en vigueur le 1er janvier 2008.
L'art. 29 LAI, dans sa teneur en vigueur depuis le 1er janvier 2008, prévoit que le droit à la rente prend naissance au plus tôt à l'échéance d'une période de six mois à compter de la date à laquelle l'assuré a fait valoir son droit aux prestations conformément à l'art. 29 al. 1 LPGA, mais pas avant le mois qui suit le 18ème anniversaire de l'assuré (al. 1).
En l'espèce, l'intimée a déposé sa demande de prestations le 25 mai 2009, ce qui fait partir son droit à une rente au plus tôt au 1er novembre 2009.
6.3 Les premiers juges ont constaté que la capacité de travail de l'intimée en tant que concierge n'était pas litigieuse, les parties admettant une incapacité de travail totale. Pour déterminer le degré d'invalidité professionnelle, ils ont toutefois tenu compte du taux d'activité effectivement exercé par l'intimée dans son travail de concierge. Ainsi, dès lors que l'intimée avait repris son activité de concierge à 50 % (de 15 %) dès mai 2009, puis à 100 % (de 15 %) dès janvier 2010, l'autorité cantonale de recours a retenu une invalidité professionnelle de 42,5 % (50 % - 7,5 %) pour la période de mai à décembre 2009 et de 35 % (50 % - 15 %) dès janvier 2010. Toutefois, compte tenu de l'incapacité totale de travail de l'intimée dans l'activité de concierge, la juridiction cantonale aurait dû conclure à une invalidité totale sur le plan professionnel, sans tenir compte du taux d'activité effectué par l'intéressée dans son ancienne activité. A ce propos, il ressort des constatations du docteur F._ que l'activité de concierge - exercée par l'intimée à raison de cinq heures par semaine (au rythme d'une heure par jour) - n'était en fait qu'un travail occupationnel, qu'elle ne pouvait accomplir qu'avec l'assistance permanente de son mari (cf. rapport d'expertise du 1er février 2011). La reprise de cette activité par l'intimée n'était donc pas incompatible avec la reconnaissance au niveau professionnel d'une incapacité totale de travail et de gain.
7. 7.1 Concernant l'invalidité ménagère, les premiers juges ont estimé que comme l'intimée n'avait repris son activité de concierge qu'à 50 % dès mai 2009, elle ne disposait, de toute vraisemblance, également que d'une capacité de travail réduite (au moins de moitié) dans les travaux du ménage pour la période de mai à décembre 2009. Ils ont donc retenu pour cette période une invalidité ménagère de 20 %, laquelle additionnée au taux d'invalidité professionnelle de 42,5 % ouvrait le droit à un trois quarts de rente pour la période d'août 2009 à mars 2010.
7.2 Le recourant reproche à la juridiction cantonale de s'être prononcée sur la période antérieure à la réalisation de l'enquête économique sur le ménage sur la base de pures suppositions. Selon lui, il n'existait aucun élément au dossier qui aurait permis de conclure qu'en mai 2009, soit un an après l'opération, l'empêchement de l'intimée dans le ménage représentait encore le double de la diminution actuelle.
7.3 La manière de procéder de la juridiction cantonale quant à l'évaluation de l'invalidité ménagère n'apparaît pas conforme au droit de l'assurance-invalidité. En effet, la juridiction cantonale ne pouvait déduire du fait que l'intimée n'avait repris son activité qu'à 50 % qu'elle disposait également d'une capacité réduite dans l'accomplissement de ses travaux ménagers en doublant simplement le taux d'invalidité retenu dans ce secteur. Pour déterminer s'il convient d'augmenter le taux d'invalidité ménagère pour la période de mai à décembre 2009, il est nécessaire de compléter les constatations de fait des premiers juges à ce sujet (cf. art. 105 al. 2 LTF).
Dans son rapport du 11 avril 2011, l'enquêtrice constate que l'intimée a été totalement empêchée dans ses travaux habituels au moment de l'atteinte à la santé, soit dès mai 2008, ainsi que durant son hospitalisation qui a duré trois mois, et que petit à petit elle a pu reprendre une partie de ses activités. Dans ses conclusions, l'enquêtrice ne précise toutefois pas à partir de quel moment le taux d'invalidité qu'elle retient doit s'appliquer. Elle souligne le fait que l'intimée a repris son activité de conciergerie à 50 % dès mai 2009 et à 100 % dès janvier 2010, mais n'en tire aucune conséquence sur le plan ménager. Lors de l'audience du 9 novembre 2011 qui a eu lieu en instance cantonale, le mari de l'intimée a indiqué qu'à la sortie de l'hôpital, soit en août 2008, son épouse était davantage limitée dans l'accomplissement des travaux domestiques qu'au moment de l'enquête économique sur le ménage, dès lors qu'elle n'a pas pu faire tout de suite de petites commissions. Comme le relève le recourant, on ne peut toutefois déduire de ces déclarations que l'intimée était encore en mai 2009, soit un an après l'opération, incapable d'effectuer son ménage dans une proportion deux fois plus grande que celle retenue par l'enquêtrice. Par ailleurs, dans leur rapport du 5 août 2008, les doctoresses L._ et N._, médecins auprès du Service de neurorééducation de Y._, ont constaté que l'intimée disposait d'une autonomie pour toutes les activités de la vie quotidienne, y compris les courses et la cuisine. Dans ces circonstances, aucun élément du dossier ne permettait de conclure que le taux d'invalidité ménagère était deux fois plus grand pour la période de mai à décembre 2009. Dès lors, il n'y avait pas lieu de s'écarter du taux d'invalidité ménagère actuel (cf. supra consid. 5.3).
7.4 Il résulte de ce qui précède que le taux d'invalidité global s'élève à 27 % - soit 12 % pour la part ménagère et 15 % pour la part professionnelle (100 x 0,15) -, lequel ne permet pas d'ouvrir le droit à une rente d'invalidité.
8. Par conséquent, le recours doit être admis, le jugement cantonal annulé et la décision du 9 juin 2011 du recourant confirmée compte tenu d'un taux d'invalidité global de 27 % en lieu et place du taux de 23,5 % retenu dans la décision administrative.
9. Vu l'issue du litige, les frais de justice sont mis à la charge de l'intimée (art. 66 al. 1 LTF). L'office recourant qui obtient gain de cause ne peut prétendre des dépens (art. 68 al. 3 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est admis et le jugement du 23 novembre 2011 de la Cour de Justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, est annulé.
2. Les frais de justice, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge de l'intimée.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 4 octobre 2012
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Meyer
La Greffière: Reichen