Sachverhalt:
A. A.a A._ (Kläger, Beschwerdeführer) hat Wohnsitz in Italien. Seiner Ehefrau gehörte die Gesellschaft Hotel Z._ S.r.l., die zwei Hotels in Italien betrieb. 2002 wurden die Eheleute in einer über mehrere Wochen dauernden Inszenierung Opfer einer italienischen Betrügerbande. Anfang Mai 2002 wurde A._ angefragt, ob er erwäge, die seiner Ehefrau gehörende Gesellschaft zu verkaufen. In der Folge fanden mehrere Treffen an unterschiedlichen Orten in Italien und eine letzte Besprechung in I._ statt, an welchen A._ mit verschiedenen Personen bekannt gemacht wurde, die sich entweder als Vermittler oder als Vertreter einer potentiellen Käuferschaft ausgaben.
A.b An einem Treffen am 28. Juni 2002 wurde A._ mit B._ bekannt gemacht, dem angeblichen Vertreter der Käuferschaft. Am 11. Juli 2002 einigte man sich in I._ darauf, einen Kaufvertrag über EUR 16 Millionen abzuschliessen, wobei EUR 2 Millionen in zwei Schritten bar an die Käuferschaft bzw. an die Vermittler zurückerstattet werden sollten. Die Unterzeichnung des Vorvertrags sollte am 18. Juli 2002 in einer Bank in J._ stattfinden. A._ sollte dort auch gleich ein Konto eröffnen, auf welches die erste Hälfte des Kaufpreises unmittelbar nach der Vertragsunterzeichnung und die zweite Hälfte nach Übertragung der Gesellschaft überwiesen werden sollte.
A.c Zur Vorbereitung der Bargeldübergabe liess A._ am 1. Juli 2002 je EUR 500'000.-- auf ein Konto lautend auf seinen Namen und ein solches lautend auf den Namen seiner Ehefrau überweisen. Am 4. Juli 2002 liess er sich insgesamt EUR 1 Million bar auszahlen. Das Geld deponierte er in einem eigens dafür gemieteten Banksafe, für den er eine auf seine Assistentin lautende Vollmacht ausstellen liess.
A.d Die Vertragsunterzeichnung wurde von der Käuferschaft kurzfristig auf den 22. Juli 2002 verschoben. An diesem Tag holte B._ die Eheleute A._ im Hotel ab und brachte sie zur Aussenstelle der Bank X._ (Beklagte, Beschwerdegegnerin). Die Räumlichkeiten befanden sich im zweiten Stock eines Bürogebäudes und waren Besuchern nur auf Einlass durch die Angestellten zugänglich. Vor dem Gebäude vergewisserte sich A._ telefonisch bei einem Bekannten, dass die Bank X._ seriös sei.
A.e In den Räumlichkeiten der Bank X._ wurden die Eheleute A._ von zwei weiteren, ihnen bisher unbekannten Mitgliedern der Betrügerbande erwartet, C._ und D._. Diese hatten sich der Bank X._ gegenüber als potentielle Kundenvermittler ausgegeben und die Eheleute A._ sowie B._ bereits angekündigt. C._ empfing diese an der Türe und begrüsste B._ wie eine alte Bekanntschaft. Hinter der Theke befand sich E._, eine Angestellte der Bank X._. Bei den Eheleuten A._ entstand der Eindruck, C._ sei Angestellter, E._ eine untergeordnete Mitarbeiterin oder Sekretärin und B._ ein geschätzter Kunde der Bank X._. Die Eheleute A._ begaben sich daraufhin mit B._ und C._ in ein Besprechungszimmer. Dort kam D._ hinzu. Bei den Eheleuten A._ konnte der Eindruck erweckt werden, er sei der Niederlassungsleiter oder gar der Direktor der Bank X._.
A.f Nach der Vertragsunterzeichnung wurde A._ aufgefordert, nun ein Konto bei der Bank X._ zu eröffnen. Zu diesem Zweck wurde E._ hereingebeten, welche mit den Eheleuten A._ die Formalitäten erledigte. Daraufhin verliess diese den Raum wieder. B._ eröffnete A._, er könne die Anzahlung wider Erwarten doch nicht sogleich überweisen. Er erhielt dabei Unterstützung von D._, der die Bonität von B._ versicherte. Da A._ verärgert reagierte, diskutierten D._ und B._ Möglichkeiten, die Summe kurzfristig aufzutreiben, und baten zu diesem Zweck um zwei Stunden Zeit. Die Eheleute A._ warteten in einem Restaurant. B._ wies ihnen in der Folge einen auf die Kontonummer von A._ lautenden, unterzeichneten Zahlungsauftrag über EUR 8 Millionen vor. Er bat die Eheleute in die Räumlichkeiten der Bank X._ zurück. Dort wurden sie von D._ in einem anderen Raum erwartet. In diesem befand sich auch E._. D._ erklärte, B._ habe einen unwiderruflichen Zahlungsauftrag unterzeichnet und unterstrich dessen Liquidität und Vertrauenswürdigkeit. Schliesslich rief A._ seine Assistentin in Italien an, um die Übergabe der EUR 1 Million in bar auszulösen.
A.g Da auf seinem Konto keine Überweisung eingegangen war, verlangte A._ nach einigen Tagen, mit dem Filialleiter D._ zu sprechen. Als E._ ihm mitteilte, weder dieser noch C._ seien Angestellte der Bank X._, erkannte A._, dass er wohl einem Betrug zum Opfer gefallen war. C._ und weitere Mitglieder der Betrügerbande wurden in J._ wegen Betrugs verurteilt.
Die übergebene Million Euro blieb unauffindbar. A._ macht nun gegen die Bank X._ einen Anspruch aus Vertrauenshaftung geltend. In der gegen sie eingeleiteten Betreibung über einen Betrag von Fr. 808'592.95 (EUR 500'000.--) erhob die Bank X._ Rechtsvorschlag.
B. B.a Mit Klage vom 27. Mai 2008 beantragte A._ dem Zivilgericht Basel-Stadt, die Bank X._ sei zur Zahlung von EUR 500'000.-- bzw. Fr. 808'592.95 zu verurteilen und der Rechtsvorschlag in der entsprechenden Betreibung sei aufzuheben.
Mit Entscheid vom 15. Oktober 2010 (Rektifikat vom 5. April 2011) wies das Zivilgericht die Klage ab.
B.b Gegen diesen Entscheid erhob A._ beim Appellationsgericht des Kantons Basel-Stadt Berufung und wiederholte die erstinstanzlich gestellten Rechtsbegehren.
Mit Entscheid vom 13. August 2012 wies das Appellationsgericht die Berufung ab.
C. Mit Beschwerde in Zivilsachen vom 26. September 2012 beantragt A._ dem Bundesgericht, es sei das Urteil des Appellationsgerichts aufzuheben und die Beschwerdegegnerin zur Zahlung von EUR 500'000.-- bzw. Fr. 808'592.95 zu verurteilen.
Die Beschwerdegegnerin beantragt die Abweisung der Beschwerde, soweit darauf einzutreten ist, eventuell die Rückweisung der Sache an die Vorinstanz. Die Vorinstanz beantragt die Abweisung der Beschwerde.

Erwägungen:
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 des Beschwerdeführers 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 rechtsgenügenden Begründung (Art. 42 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>) einzutreten.
2. Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe zu Unrecht eine Vertrauenshaftung mit der Begründung verneint, die Beschwerdegegnerin habe keine Schutzpflichten verletzt.
2.1 Die Vorinstanz hat ausgeführt, eine Sonderverbindung zwischen den Parteien sei zu bejahen, wenn auch eine eher lose. Entsprechend rechtfertige es sich jedenfalls nicht, die Aufklärungs- und Schutzpflichten der Beschwerdegegnerin besonders weit zu fassen. Die Vertrauenshaftung biete weiter keinen Schutz vor unüblichen Gefahren. Entsprechend ende die Verpflichtung der Bank zum Schutz des Kunden dort, wo die Gefahr aussergewöhnlich sei, wie etwa bei einer ausgeklügelten betrügerischen Inszenierung, die auch von den autorisierten Bankangestellten nicht durchschaut werde. Kunden dürften nicht generell darauf vertrauen, dass sie in den Bankräumen nicht auf Betrüger träfen, die sich als andere Personen - etwa Bankpersonal - ausgeben würden. Die Angestellte E._ wäre zwar verpflichtet gewesen, in ihrer Gegenwart geäusserte unzutreffende Behauptungen zur Funktion von D._ oder C._ zu korrigieren. Mangels solcher Behauptungen in ihrer Anwesenheit habe sie keinerlei Anlass zur Klarstellung gehabt. Die Bank sei weiter in den Verkauf nicht involviert gewesen und die Anwesenden hätten sich dem Anschein nach gut gekannt, womit E._ auch nicht verpflichtet gewesen sei, diese einander vorzustellen. Die Bank habe nicht an Stelle ihrer Kunden die Identität und Seriosität derer Geschäftspartner abzuklären. Auch das aktive Verhalten der Beschwerdegegnerin sei nicht geeignet gewesen, ein konkretes Individualvertrauen beim Beschwerdeführer zu wecken. Das Danebenstehen von E._ bei der Vorstellungsrunde habe der Beschwerdeführer nicht so verstehen dürfen, dass es sich bei C._ und D._ um Angestellte der Bank handle. Dieser Eindruck sei von den Betrügern erweckt worden.
2.2 Dagegen bringt der Beschwerdeführer vor, die Vorinstanz habe bei ihrer Argumentation verschiedene Tatsachen übersehen. Insbesondere sei zu berücksichtigen, dass die Beschwerdegegnerin den Betrügern ihre der Öffentlichkeit nicht zugänglichen Räumlichkeiten zur Verfügung gestellt habe, dass der bankfremde C._ die Türe geöffnet habe, dass E._ passiv hinter dem Tresen verblieben und den Betrügern am Nachmittag ein weiterer Raum zur Verfügung gestellt worden sei. Die Beschwerdegegnerin habe damit einen entscheidenden, unverzichtbaren Beitrag dazu geleistet, dass sich C._ und D._ erfolgreich als Bankmitarbeiter hätten darstellen können. Nach Ansicht des Beschwerdeführers hätte die Beschwerdeführerin die Personen identifizieren müssen, denen sie ihre der Öffentlichkeit nicht zugänglichen Räumlichkeiten zur Verfügung gestellt habe. Weiter hätte sie nachfragen müssen, für welche Zwecke diese benutzt würden. Schliesslich hätte sie durch geeignete Vorkehrungen wie Empfang durch das Bankpersonal, Vorstellung sämtlicher Anwesender und allenfalls Videoüberwachung des Hauptzugangs sicherstellen müssen, dass sich bankfremde Drittpersonen nicht frei bewegen und sich so als Bankmitarbeiter ausgeben könnten.
2.3 Die Haftung aus erwecktem Vertrauen ist zwischen Vertrag und Delikt angesiedelt (<ref-ruling> E. 4.3.2 S. 395). Es geht dabei um die Haftung eines vertragsfremden Dritten, die zum Tragen kommt, wenn der Dritte zunächst schutzwürdiges Vertrauen erweckt und dieses anschliessend treuwidrig enttäuscht (<ref-ruling> E. 4.1 S. 451; <ref-ruling> E. 2.1 S. 349 mit Hinweisen). Die Vertrauenshaftung setzt nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung voraus, dass die Beteiligten in eine so genannte "rechtliche Sonderverbindung" zueinander getreten sind, die erst rechtfertigt, die aus Treu und Glauben hergeleiteten Schutz- und Aufklärungspflichten greifen zu lassen (<ref-ruling> E. 4.3.2 S. 395). Art und Umfang der sich aus Treu und Glauben ergebenden Verhaltenspflichten sind nach den gesamten Umständen des Einzelfalls zu beurteilen (BGE <ref-ruling> E. 2.2 S. 350 f.; <ref-ruling> E. 5a S. 337). Das Bundesgericht knüpft die Haftung aus erwecktem und enttäuschtem Vertrauen an strenge Voraussetzungen. Schutz verdient nicht, wer bloss Opfer seiner eigenen Unvorsichtigkeit und Vertrauensseligkeit oder der Verwirklichung allgemeiner Geschäftsrisiken wird, sondern nur, wessen berechtigtes Vertrauen missbraucht wird (<ref-ruling> E. 4.1 S. 451; <ref-ruling> E. 6a S. 304).
2.4 Es kann offen bleiben, ob zwischen den Parteien überhaupt eine Sonderverbindung bestand, da eine Verletzung allfälliger Verhaltenspflichten durch die Beschwerdegegnerin ohnehin zu verneinen ist. Die Behauptung des Beschwerdeführers, C._ hätte die Türe geöffnet, lässt sich nicht auf den festgestellten Sachverhalt stützen. Aus diesem geht lediglich hervor, dass C._ die Eheleute A._ und B._ an der Türe empfangen habe. Es trifft zwar zu, dass bei den Eheleuten A._ dadurch der Eindruck entstehen konnte, die hinter dem Tresen stehende E._ sei lediglich eine untergeordnete Mitarbeiterin. Wie die Vorinstanz richtig ausgeführt hat, hatte E._ aber keinen Anlass, sich in die Begrüssung der übrigen Anwesenden einzumischen. Denn diese erweckten den Eindruck, dass sie sich bereits kannten bzw. erwarteten. Der Kontakt mit B._ und übrigen Mitgliedern der Betrügerbande wurde denn auch bereits Wochen vor der Vertragsunterzeichnung hergestellt. Aus der Tatsache, dass die Beschwerdegegnerin Räumlichkeiten zur Verfügung stellte, kann der Beschwerdeführer nichts zu seinen Gunsten ableiten. Einerseits hatte die Beschwerdegegnerin ein berechtigtes eigenes Interesse daran, da ihr in Aussicht gestellt wurde, die Eheleute A._ als neue Kunden zu gewinnen. Nach Vertragsschluss konnte E._ denn auch ein entsprechendes Konto eröffnen. Die Beschwerdegegnerin musste somit bei der Bitte, den Vertragsparteien Räumlichkeiten zur Verfügung zu stellen, nicht misstrauisch werden. Andererseits muss sich die Beschwerdegegnerin unter diesen Umständen nicht anrechnen lassen, was sich ohne Anwesenheit von Angestellten in den Räumlichkeiten abspielte. Der Beschwerdegegnerin kann somit keine Verletzung von Verhaltenspflichten vorgeworfen werden. Der Beschwerdeführer wurde nicht von ihr getäuscht, sondern von der Betrügerbande. Die Beschwerde erweist sich damit als unbegründet.
3. Nach dem Gesagten ist die Beschwerde abzuweisen. Bei diesem Verfahrensausgang wird der Beschwerdeführer kosten- und entschädigungspflichtig (Art. 66 Abs. 1 sowie Art. 68 Abs. 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 8'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Der Beschwerdeführer hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 9'000.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Appellationsgericht des Kantons Basel-Stadt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 21. März 2013
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Klett
Die Gerichtsschreiberin: Schreier