Faits:
A. Par jugement du 29 mai 2009, le Tribunal de police de la République et canton de Genève a reconnu X._ coupable de violation du devoir d'assistance et d'éducation ainsi que de menaces et l'a condamné au paiement d'une peine pécuniaire de 120 jours-amende de 30 francs chacun, avec sursis pendant quatre ans, ainsi que d'une amende de 500 francs dont la peine privative de liberté de substitution a été fixée à 5 jours.
B. Par acte du 27 juillet 2009, X._ a déclaré former appel contre le jugement de première instance. Lors de l'audience de la Chambre pénale de la Cour de justice de la République et canton de Genève, il a conclu à son acquittement faute de preuves. En outre, il a contesté que ses propos soient constitutifs de menaces. A titre subsidiaire, il a requis la mise en oeuvre d'une expertise de crédibilité et l'application de la circonstance atténuante prévue à l'art. 48 let. e CP. La cour cantonale a rejeté l'appel par arrêt du 27 septembre 2010 fondé sur les principaux éléments de faits suivants.
A réitérées reprises au cours des années 2005 et 2006 à Genève, X._ a frappé à coups de poing et de pied ses trois enfants, A.D._ née le 4 décembre 1989, A.B._ né le 30 juin 1991 et A.C._ né le 3 février 1997. En particulier, il a asséné, le 14 mai 2005, une violente gifle et un coup de pied à sa fille A.D._ à la suite d'une dispute avec son frère A.C._ qu'elle avait mordu. Il l'a également menacée, poing levé, de la tuer si elle ne cessait pas ses agissements, en même temps qu'il a demandé à A.C._ d'aller chercher un couteau et de poignarder sa soeur. Au garçon qui a refusé de s'exécuter, il a déclaré qu'il lui achèterait un revolver pour que cela soit plus facile, avant de saisir un tabouret en métal et de déclarer à sa fille qu'il la tuerait si elle l'approchait. Il a également menacé de supprimer A.B._ lorsque celui-ci a tenté de retirer la chaise des mains de son père. Le 21 mars 2006, X._ a menacé de dénoncer aux autorités la clandestinité de ses enfants et de leur mère, ainsi que de reprendre l'appartement dans lequel ces derniers vivaient.
C. X._ interjette un recours en matière pénale contre l'arrêt cantonal, concluant à son acquittement. Par ailleurs, il requiert l'octroi de l'effet suspensif et le bénéfice de l'assistance judiciaire gratuite.
Il n'a pas été ordonné d'échange d'écritures.

Considérant en droit:
1. 1.1 Dans un premier grief, le recourant se prévaut d'une violation de son droit à un procès équitable. Selon lui, les juges auraient manqué d'impartialité en ignorant les témoins de la défense et en leur préférant ceux de l'accusation. En outre, il aurait été victime d'une inégalité des armes faute d'avoir été représenté par un avocat devant les instances cantonales, tandis que les intérêts de l'Etat y ont été défendus par le Procureur général. Enfin, il aurait fait l'objet d'une condamnation prononcée par le ministère public au mépris de l'interdiction des tribunaux d'exception et du droit à un tribunal impartial.
1.2 Contrairement à ces allégations, le recourant a été assisté en première et seconde instances par, respectivement, Me B._ et Me C._. En outre, il a été mis au bénéfice de l'assistance judiciaire gratuite devant l'autorité cantonale (cf. décisions des 30 octobre 2009, 17 novembre 2009 et 5 février 2010 de la vice-Présidente du Tribunal de première instance), de sorte qu'il n'a subi aucune violation de ses droits de défense.
Le recourant n'a pas non plus été condamné définitivement par le Procureur général, l'ordonnance de condamnation prononcée par ce dernier ayant été annulée à la suite de l'opposition formée par le recourant, ce qui a ouvert la procédure à l'origine du jugement du Tribunal de police du 29 mai 2009 et de l'arrêt de la Cour d'appel du 27 septembre 2010.
En réalité, le recourant critique bien plutôt l'appréciation des preuves effectuée par les juges cantonaux, laquelle sera examinée ci-après (consid. 5).
2. Le recourant se plaint ensuite de n'avoir pas été informé des charges retenues contre lui. Il se prévaut également d'une violation de son droit d'être entendu, faute de motivation suffisante du jugement de première instance qui aurait omis d'analyser et de motiver sa culpabilité. Invoqués pour la première fois en instance fédérale, ces griefs sont irrecevables faute d'épuisement des instances cantonales (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 2.1 p. 93).
3. Le recourant soulève une violation du droit cantonal de procédure pour le motif que la cour d'appel a écarté ses observations écrites du 27 juillet 2009.
3.1 La violation du droit cantonal ne constitue pas un motif de recours, sauf dans les cas prévus par l'art. 95 let. c à e LTF, qui n'entrent pas en considération en l'espèce. Elle ne peut dès lors être invoquée que si elle constitue également une atteinte au droit fédéral au sens de l'<ref-law> ou au droit international au sens de l'<ref-law>. L'atteinte au droit fédéral peut notamment résulter du fait que le droit cantonal a été appliqué de façon arbitraire, ce que le recourant doit démontrer conformément aux exigences déduites des art. 42 al. 2 et 106 al. 2 LTF (cf. également <ref-ruling> consid. 4.3 p 521/522). En l'occurrence, une telle démonstration fait défaut. En effet, le recourant se borne à reprocher à la cour cantonale d'avoir écarté ses observations écrites du 27 juillet 2009. Pour autant, il n'indique pas en quoi les considérations cantonales - aux termes desquelles le dépôt de conclusions motivées écrites est contraire au principe de l'oralité des débats (cf. jugement attaqué consid. 1 p. 8) - seraient arbitraires. Faute de satisfaire aux exigences de motivation précitées, le grief est irrecevable.
4. 4.1 Le recourant reproche aux juges cantonaux de n'avoir ordonné aucune expertise de crédibilité des déclarations de ses enfants alors même qu'ils souffriraient de troubles psychiques et auraient été influencés par leur mère qui l'abhorre. Il se prévaut également d'une inégalité de traitement, dès lors qu'une telle expertise a été effectuée dans une affaire "D._".
4.2 En tant qu'il se plaint d'une inégalité de traitement (art. 8 al. 1 Cst.), son grief est irrecevable faute d'une motivation suffisante (<ref-law>). Quoi qu'il en soit, la présente procédure et celle invoquée par le recourant ne sont pas comparables dès lors qu'elles portent sur des états de faits strictement distincts. Il ne saurait donc être question d'inégalité de traitement (<ref-ruling> consid. 4.4 p. 68).
4.2 En tant qu'il se plaint d'une inégalité de traitement (art. 8 al. 1 Cst.), son grief est irrecevable faute d'une motivation suffisante (<ref-law>). Quoi qu'il en soit, la présente procédure et celle invoquée par le recourant ne sont pas comparables dès lors qu'elles portent sur des états de faits strictement distincts. Il ne saurait donc être question d'inégalité de traitement (<ref-ruling> consid. 4.4 p. 68).
4.3 4.3.1 En principe, l'autorité doit donner suite aux réquisitions de preuves présentées en temps utile et dans les formes prescrites. Il n'y a toutefois pas violation du droit à l'administration de preuves lorsque la mesure probatoire refusée est inapte à établir le fait à prouver, lorsque ce fait est sans pertinence ou lorsque, sur la base d'une appréciation non arbitraire des preuves dont elle dispose déjà, l'autorité parvient à la conclusion que les faits pertinents sont établis et que le résultat, même favorable au requérant, de la mesure probatoire sollicitée ne pourrait pas modifier sa conviction (<ref-ruling> consid. 5.3 p. 148).
4.3.2 Conformément au principe de la libre appréciation des preuves (art. 169 al. 3 et 249 PPF en vigueur jusqu'au 31 décembre 2010), l'appréciation de la crédibilité des divers moyens de preuve relève en premier lieu de la compétence du juge du fait et aucun moyen de preuve ne s'impose à lui. Le magistrat ne saurait se soustraire à son devoir de libre appréciation en exigeant, sans nuance et quasi automatiquement, qu'une expertise de crédibilité soit ordonnée dès que des déclarations sont contestées, contiennent quelques imprécisions ou des contradictions mineures ou manquent de clarté sur des points secondaires (arrêt 1B_36/2010 du 19 avril 2010 consid. 3.1). Le juge ne doit ainsi recourir à une expertise de crédibilité qu'en présence de circonstances particulières (<ref-ruling> consid. 2 p. 86 et les arrêts cités).
Pour déterminer s'il y a lieu d'ordonner une expertise de crédibilité d'un enfant, il faut prendre en considération, selon les circonstances spécifiques du cas, un certain nombre d'éléments parmi lesquels le degré de compréhensibilité, de cohérence et de crédibilité des dépositions à examiner. Il faut également observer dans quelle mesure ses déclarations sont compatibles avec les autres éléments de preuve recueillis. L'âge de l'auteur de la déposition, son degré de développement et son état de santé psychique de même que la portée de ses déclarations eu égard à l'ensemble des preuves administrées entrent également en considération. Une expertise de crédibilité effectuée par un spécialiste peut notamment s'imposer s'agissant de déclarations d'un petit enfant qui sont fragmentaires ou difficiles à interpréter, lorsqu'il existe des indices sérieux de troubles psychiques ou encore lorsque des éléments concrets donnent à penser que la personne interrogée a été influencée par un tiers (<ref-ruling> consid. 2.4 p. 184 et les références citées).
4.3.3 L'appréciation des preuves n'est arbitraire que si le juge n'a manifestement pas compris le sens et la portée d'un moyen de preuve, s'il a omis sans raison sérieuse de tenir compte d'un moyen important propre à modifier la décision attaquée ou encore si, sur la base des éléments recueillis, il a fait des déductions insoutenables (cf. <ref-ruling> consid. 4.2 p. 560).
4.4 Selon les constatations cantonales - que le recourant ne conteste pas -, les victimes étaient âgées de 10, 15 et 17 ans lorsqu'elles ont été entendues par la police et deux d'entre elles étaient majeures lors de leur audition par les premiers juges. Comme souligné par l'autorité cantonale, il ne s'agissait manifestement plus de petits enfants au sens de la jurisprudence précitée (consid. 5.3.2 supra), de sorte que l'âge ne justifiait pas d'ordonner une expertise de crédibilité.
La cour cantonale a également retenu que les enfants s'étaient exprimés clairement et sans contradiction apparente. Leurs déclarations n'étaient ni fragmentaires, ni difficilement interprétables. Leur discours ne s'était pas modifié et n'avait varié que sur des points de détails, ce qui tendait à confirmer que leurs déclarations reflétaient une expérience vécue plutôt qu'inventée et renforçait la crédibilité de celles-ci.
S'agissant des troubles psychiques dont les enfants seraient affectés, il ressort de l'arrêt attaqué que A.D._ souffre de troubles psychologiques qui trouvent leur origine dans les actes de maltraitance qu'elle a subis (arrêt attaqué, p. 11, 7ème §). A.C._, qui fait l'objet d'un suivi médical depuis le 22 novembre 2007, a vécu des événements familiaux violents et difficiles au sujet desquels il n'est pas à même de se déterminer en raison du conflit de loyauté qui le tourmente (arrêt attaqué, p. 8, lettre f.d). Quant à A.B._, il souffre d'angoisses identitaires profondes dont les symptômes sont liés au comportement du père et présente le risque de développer une maladie psychiatrique grave. Il est traité par neuroleptiques dans un but thérapeutique et préventif (arrêt attaqué, p. 7, lettre f.a). Pour autant, il n'apparaît pas que les troubles psychiques affectant les victimes exercent quelque influence que ce soit sur le contenu de leurs déclarations. En particulier, il n'apparaît pas que les enfants présenteraient la moindre tendance à l'affabulation et le recourant ne le prétend pas non plus. Les juges cantonaux constatent au contraire que rien au dossier ne permet de douter de la véracité des actes dénoncés par les victimes dont les déclarations ont été constantes tout au long de la procédure et partiellement confirmées par plusieurs autres témoignages (arrêt attaqué, p. 11, ch. 3.2.2). Cela étant, les troubles psychiques n'exercent aucune incidence sur la crédibilité des déclarations des trois victimes.
Partant, c'est à juste titre que la cour cantonale a considéré qu'il n'existait aucun indice sérieux nécessitant d'ordonner une expertise de crédibilité. Le grief est mal fondé.
5. 5.1 Le recourant reproche également aux juges cantonaux de l'avoir condamné sur la base des seuls témoignages de l'accusation, écartant ceux de la défense. Ils se seraient en outre fondés sur les déclarations de témoins auprès desquels A.A._, la mère des trois enfants, aurait mené une campagne de dénigrement mensongère et infamante à son encontre. En particulier, elle aurait influencé les déclarations de leurs enfants. Pour le reste, il considère que l'instruction du dossier est incomplète et requiert de la compléter en ordonnant l'audition de quatre témoins et la production d'un enregistrement téléphonique.
5.2 Le recourant soulève ainsi le grief d'appréciation arbitraire des preuves. En pareil cas, la loi sur le Tribunal fédéral exige une motivation qualifiée (cf. <ref-law>; <ref-ruling> consid. 1.4.2 p. 254; <ref-ruling> consid. 1.4 p. 287) en ce sens que l'intéressé doit expliquer de manière claire et précise en quoi la décision qu'il conteste pourrait être arbitraire. Pour qu'il y ait arbitraire (art. 9 Cst.), il ne suffit pas que la décision attaquée apparaisse discutable ou même critiquable; il faut qu'elle soit manifestement insoutenable et cela non seulement dans sa motivation mais aussi dans son résultat (<ref-ruling> consid. 1.3 p. 4/5). L'appréciation des preuves est en particulier arbitraire lorsque le juge de répression n'a manifestement pas compris le sens et la portée d'un moyen de preuve, s'il a omis, sans raison sérieuse, de tenir compte d'un moyen important propre à modifier la décision attaquée ou encore si, sur la base des éléments recueillis, il a fait des déductions insoutenables (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 9). En revanche, l'autorité ne commet pas d'arbitraire lorsqu'elle renonce à requérir des mesures d'instruction supplémentaires au motif que les preuves administrées lui ont permis de former sa conviction et que, procédant d'une manière non arbitraire à une appréciation anticipée des preuves qui lui sont encore proposées, elle acquiert la certitude que ces dernières ne pourraient pas l'amener à modifier son opinion (<ref-ruling> consid. 2.1 p. 429).
5.3 En bref, les magistrats cantonaux ont considéré qu'aucun élément ne permettait de douter de la véracité des actes dénoncés par les victimes dont les déclarations ont été constantes tout au long de la procédure et partiellement confirmées par plusieurs témoignages (arrêt attaqué, p. 11, ch. 3.2.2). S'agissant des mauvais traitements, il ressortait des déclarations non seulement des victimes mais également du recourant qu'un climat de violence régnait au sein de la famille et que l'ambiance à la maison était "agressive". La réalité des menaces de dénonciation à la police était établie par les nombreuses déclarations tant des victimes que des différents intervenants sociaux et du médecin-psychiatre entendus. Il était manifeste que les victimes avaient été sérieusement effrayées, celles-ci craignant l'intervention de la police, la séparation de leur famille et de se voir expulsés de leur logement. A.A._ avait d'ailleurs attendu jusqu'en 2007 avant de dénoncer les faits.
5.4 Le recourant, qui n'étaye d'aucune manière que ce soit le contenu de ses allégations, ne démontre pas en quoi les juges cantonaux auraient procédé à une appréciation insoutenable des preuves. En particulier, il n'allègue pas que les autorités cantonales auraient faussement retranscrit les déclarations des témoins entendus ou le contenu des pièces sur lesquelles elles se sont fondées. Le fait que les juges aient écarté les témoignages de la défense pour retenir ceux de l'accusation n'attestent pas d'un comportement partial mais signifient qu'à l'issue de l'administration et de l'appréciation des preuves, ils se sont déclarés convaincus par la version des seconds. De même, le recourant ne démontre-t-il aucunement en quoi les déclarations, en particulier celles des enfants, auraient été influencées par A.A._. On le voit d'autant moins qu'en l'occurrence, les victimes et les différents intervenants sociaux entendus ont strictement soutenu la même version des faits. Le recourant se borne bien plutôt à exposer sa propre conception du litige aux termes d'une critique appellatoire qui ne remplit pas les exigences de motivation prévues à l'<ref-law> et qui se révèle par conséquent irrecevable (<ref-ruling> consid. 3 p. 351/352; <ref-ruling> consid. 6 p. 397).
6. Le recourant se prévaut en outre d'une violation de l'<ref-law>.
6.1 En tant qu'il reproche à la cour cantonale de n'avoir pas retenu qu'il avait agi par négligence et en état de légitime défense, il se prévaut de griefs invoqués pour la première fois en instance fédérale et, partant, irrecevables faute d'épuisement des instances cantonales (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 2.1 p. 93).
6.2 Par ailleurs, il explique que, comme père de famille, il ne saurait se voir opposé la jurisprudence appliquée à des violeurs.
Aux termes de l'<ref-law>, celui qui aura violé son devoir d'assister ou d'élever une personne mineure dont il aura ainsi mis en danger le développement physique ou psychique, ou qui aura manqué à ce devoir, sera puni d'une peine privative de liberté de trois ans au plus ou d'une peine pécuniaire (al. 1). Si le délinquant a agi par négligence, la peine pourra être une amende au lieu d'une peine privative de liberté ou d'une peine pécuniaire (al. 2). L'application de l'<ref-law> dépend des seuls manquement ou violation au devoir d'assister ou d'élever une personne mineure. Au vu des faits reprochés sans arbitraire au recourant, la qualification juridique retenue ne prête pas à critique. Le grief est mal fondé.
7. Enfin, le recourant se plaint de reformatio in pejus dès lors que le Procureur général l'avait condamné à 120 jours-amende et 800 francs d'amende pour trois infractions, tandis que le jugement attaqué lui impute 120 jours-amende et près de 20'000 francs de frais divers (frais judiciaires, dépens, indemnisation des parties civiles). Le grief est mal fondé, l'interdiction de la reformatio in peius ne s'appliquant pas en cas d'opposition à une ordonnance de condamnation (cf. arrêt 2A.227/2003 du 22 octobre 2003 consid. 3.3; voir également (GÉRARD PIQUEREZ, Traité de procédure pénale suisse, 2ème éd., 2006, n° 1156 ss et les références).
8. Le recours étant d'emblée dénué de chance de succès, la requête d'assistance judiciaire doit être rejetée et les frais mis à la charge du recourant (art. 64 al. 1, 65 al. 2 et 66 al. 1 LTF). Le présent arrêt rend par ailleurs sans objet la demande d'effet suspensif.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté, dans la mesure où il est recevable.
2. La demande d'assistance judiciaire est rejetée.
3. Les frais judiciaires, arrêtés à 1600 francs, sont mis à la charge du recourant.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties et à la Cour de justice du canton de Genève, Chambre pénale.
Lausanne, le 28 juin 2011
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Mathys Gehring