Faits:
A. Le 3 avril 1998, l'Entreprise A._ SA a acquis pour le prix de 343'000 fr. une parcelle comportant une villa en fin de gros oeuvre sise à ... dans le canton de Genève. L'acheteuse projetait d'effectuer elle-même les finitions et travaux de second oeuvre.
X._, administrateur unique de ladite entreprise, a conclu en son nom propre deux contrats de prêt datés du 3 septembre 2001, en vertu desquels un établissement bancaire lui faisait crédit de 440'714 fr. 60 au taux d'intérêt de 4 1/8 % jusqu'au 31 décembre 2003, respectivement de 100'000 fr. au taux de 5 %; dans l'un et l'autre cas, l'immeuble de ... devait servir de garantie. Le 6 décembre 2001, la société précitée a concédé à son administrateur un prêt de 128'950 fr. 40 au taux fixe de 5 %. Le 10 décembre 2001, elle lui a revendu le bien-fonds et la maison pour le prix de 669'665 fr., selon inscription au registre foncier.
Le 12 février 2003, X._ en tant que bailleur et Y._ en qualité de locataire ont conclu un contrat de bail à loyer sur la villa précitée de cinq pièces, fixant le loyer annuel à 57'600 fr., charges non comprises. Le bailleur n'a pas notifié la formule officielle relative au loyer initial. Le locataire a déposé une garantie de loyer de 14'400 fr.
Alors que le terme du bail était fixé au 31 mai 2007, le locataire a résilié le contrat pour le 15 novembre 2006. Il a quitté les lieux au plus tard le 18 janvier 2007 mais a payé les loyers jusqu'à l'échéance. Le 16 mai 2007, le bailleur a fait notifier au locataire un commandement de payer d'un montant de 19'654 fr. 95 à titre de travaux de remise en état de la villa. Un litige s'en est suivi.
Ultérieurement, soit le 18 octobre 2007, le bailleur a revendu la parcelle et la villa pour le prix de 1'200'000 fr.
B. B.a Le 16 juillet 2007, le locataire a déposé une requête devant la Commission de conciliation en matière de baux et loyers du canton de Genève, dans laquelle il a pris des conclusions en constatation de la nullité du loyer initial, en fixation du loyer à 30'840 fr. par an (montant ensuite réduit à 29'016 fr.), en remboursement du trop-perçu de loyer entre février 2003 et janvier 2007, en réduction de la garantie bancaire, en libération du solde consigné et en remboursement de 19'200 fr. plus intérêts à titre de loyers indûment encaissés pour la période de février à mai 2007. Le bailleur a conclu au rejet des conclusions.
Par jugement du 19 janvier 2009, le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève a fixé le loyer annuel de la villa à 37'584 fr. (charges non comprises) dès le 13 février 2003, condamné le bailleur à rembourser le trop-perçu de loyer en découlant, réduit la garantie bancaire à trois mois du loyer précité, ordonné la libération du solde de cette garantie et débouté les parties de toutes autres conclusions.
B.b Le bailleur a porté cette décision devant la Chambre d'appel en matière de baux et loyers, demandant son annulation et le rejet de la requête du locataire. Ce dernier a conclu au rejet de l'appel et déposé un appel incident en requérant que soit constatée la nullité du loyer initial, que celui-ci soit fixé à 27'732 fr. par an, que le trop-perçu de loyer chiffré à 119'472 fr. plus intérêts lui soit restitué, que la garantie bancaire soit réduite à 6'933 fr. et que son solde [7'467 fr.] soit libéré, enfin que le bailleur soit condamné à payer la somme de 19'200 fr. plus intérêts. Le bailleur a conclu au rejet de l'appel incident.
Par arrêt du 17 janvier 2011, la Chambre d'appel a annulé le jugement précité, fixé le loyer annuel à 33'144 fr., charges non comprises, condamné le bailleur à rembourser 99'862 fr. plus intérêts à titre de trop-perçu de loyer, réduit la garantie bancaire à 8'286 fr. et condamné le bailleur à verser 9'600 fr. plus intérêts à titre de remboursement des loyers encaissés pour les mois d'avril et mai 2007.
C. Le bailleur (ci-après: le recourant) interjette un recours en matière civile auprès du Tribunal fédéral. A titre principal, il conclut d'une part à la constatation de ce que le locataire (ci-après: l'intimé) n'était plus en mesure de contester le loyer initial dès l'échéance du bail, subsidiairement a abusé de son droit en agissant ainsi, et d'autre part au rejet de la requête de l'intimé. Subsidiairement, il requiert que le loyer annuel soit fixé à 50'928 fr., que le trop-perçu de loyer dû à l'intimé soit réduit à 27'244 fr. plus intérêts, que la garantie bancaire soit réduite à 12'732 fr. et que les conclusions de l'intimé soient rejetées pour le surplus. L'intimé conclut au rejet du recours. L'autorité précédente se réfère à son arrêt.
L'effet suspensif a été accordé au recours par ordonnance présidentielle du 16 mars 2011.

Considérant en droit:
1. 1.1 Le présent recours, dont l'auteur a succombé partiellement devant l'instance précédente (<ref-law>), vise un jugement final (<ref-law>) rendu en matière civile (<ref-law>) par une autorité cantonale de dernière instance (<ref-law>) dans une affaire pécuniaire dont la valeur litigieuse excède le seuil de 15'000 fr. (<ref-law>). Déposé pour le surplus dans le délai (<ref-law>) et la forme (<ref-law>) prévus par la loi, il est par principe recevable.
1.2 Le recours en matière civile peut être formé pour violation du droit fédéral (<ref-law>), notion qui inclut le droit constitutionnel (<ref-ruling> consid. 2.4 p. 313). Le recourant ne peut se plaindre d'une violation du droit cantonal en tant que tel, mais peut faire valoir que l'application de ce droit est arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. ou contraire à d'autres droits constitutionnels et contrevient ainsi au droit fédéral (<ref-ruling> consid. 1.2). Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (<ref-law>). Il ne peut entrer en matière sur la violation d'un droit constitutionnel que si le grief a été invoqué et motivé de manière précise par la partie recourante (<ref-law>); l'acte de recours doit contenir un exposé succinct des droits ou principes constitutionnels violés et exposer de manière claire et circonstanciée en quoi consiste leur violation (<ref-ruling> consid. 2.2; <ref-ruling> consid. 3.2).
1.3 Le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des constatations de fait de l'autorité précédente (cf. <ref-law>). Il ne peut s'en écarter que si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte - notion qui équivaut à celle d'arbitraire (<ref-ruling> consid. 2.4 p. 314) - ou en violation du droit au sens de l'<ref-law> (<ref-law>). Si le recourant entend se prévaloir de cette exception, il doit expliquer de manière circonstanciée en quoi ses conditions sont réalisées. S'agissant du grief d'établissement arbitraire des faits ou d'application anticonstitutionnelle du droit de procédure cantonal, les exigences de motivation sont celles de l'<ref-law> (<ref-ruling> consid. 1.4.3 p. 255). A défaut, il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait qui diverge de celui contenu dans l'acte attaqué (<ref-ruling> consid. 3 p. 104).
Selon la jurisprudence, l'arbitraire ne résulte pas du seul fait qu'une autre solution pourrait entrer en considération ou même qu'elle serait préférable; le Tribunal fédéral n'annulera la décision attaquée que lorsqu'elle est manifestement insoutenable, qu'elle se trouve en contradiction claire avec la situation de fait, qu'elle viole gravement une norme ou un principe juridique indiscuté ou qu'elle heurte de manière choquante le sentiment de la justice et de l'équité. Il ne suffit pas que la motivation formulée soit insoutenable, il faut encore que la décision apparaisse arbitraire dans son résultat (<ref-ruling> consid. 3.1). 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 (<ref-ruling> consid. 2.1).
1.4 Toute conclusion nouvelle est irrecevable (<ref-law>).
En l'occurrence, la conclusion tendant à faire constater la déchéance du droit de contester le loyer initial, subsidiairement l'abus de droit, est nouvelle et, partant, irrecevable. Pareille conclusion ne constitue du reste que la reprise, sous une autre forme, de celle tendant au rejet de l'appel incident, dans lequel l'intimé requérait notamment que soit constatée la nullité du loyer initial.
2. Le recourant se plaint de la violation de l'<ref-law> en relation avec l'<ref-law> a contrario ainsi que de l'<ref-law>. De son point de vue, l'autorité précédente aurait dû dénier à l'intimé toute faculté de contester le loyer initial au motif qu'un tel droit se serait éteint à l'échéance du contrat, en même temps que l'obligation de payer le loyer; en outre, le comportement de l'intimé relèverait de l'abus de droit.
Il convient d'examiner en premier lieu ce grief dès lors que son éventuelle admission pourrait priver d'objet les autres moyens invoqués.
2.1 Le recourant ne conteste pas en soi la nullité du loyer initial causée par le défaut de notification de la formule officielle (cf. <ref-law> et art. 24 de l'ancienne loi genevoise d'application du code civil et du code des obligations, du 7 mai 1981 [LaCC - RSG E1 05]; <ref-ruling> consid. 2a p. 64; <ref-ruling> consid. 5). Tout au plus nie-t-il le droit de l'intimé à faire valoir un tel vice de forme.
2.2 La nullité partielle se constate d'office et intervient de plein droit (arrêt 4C.428/2004 du 1er avril 2005 consid. 3.1, in SJ 2006 I p. 19); le locataire peut la faire valoir en tout temps, sous la seule réserve de l'abus de droit (Sébastien Fetter, La contestation du loyer initial, 2005, n° 230). Ce dernier point scelle le sort du grief selon lequel le locataire perdrait le droit de remettre en cause le loyer à l'échéance du bail.
2.3 A teneur de l'<ref-law>, l'abus manifeste d'un droit n'est pas protégé par la loi. Ce principe permet de corriger les effets de la loi dans certains cas où l'exercice d'un droit allégué créerait une injustice manifeste. Le juge apprécie la question au regard des circonstances concrètes, qui sont déterminantes. L'emploi dans le texte légal du qualificatif "manifeste" démontre que l'abus de droit doit être admis restrictivement. Les cas typiques en sont l'absence d'intérêt à l'exercice d'un droit, l'utilisation d'une institution juridique de façon contraire à son but, la disproportion manifeste des intérêts en présence, l'exercice d'un droit sans ménagement ou l'attitude contradictoire (<ref-ruling> consid. 3.3.1 p. 169 et les arrêts cités). S'agissant de la nullité du loyer initial, l'abus de droit peut entrer en considération lorsque la partie a eu conscience d'emblée du vice de forme et qu'elle s'est abstenue intentionnellement de le faire valoir sur-le-champ afin d'en tirer avantage par la suite (<ref-ruling> consid. 1a p. 189 et arrêt 4A_185/2008 du 24 septembre 2008 consid. 2.2; cf. aussi <ref-ruling> consid. 3c p. 75). Le fait de payer sans discuter pendant une vingtaine de mois un loyer surévalué par rapport aux critères contenus aux <ref-law> et de s'inquiéter de cette situation à l'occasion d'un avis d'augmentation ne saurait, à lui seul, faire admettre que le locataire commet un abus de droit en arguant de la nullité du loyer initial (arrêt 4C.428/2004 précité, consid. 3.2). En revanche, le locataire qui soulève un tel vice de forme pour s'opposer à la résiliation immédiate du contrat et à son expulsion commet un abus de droit; admettre la nullité dans une procédure d'expulsion aurait pour effet de légitimer l'usage des locaux à titre gratuit et de priver le bailleur des droits découlant de l'<ref-law>, ce qui détournerait le contrat de bail de son but (arrêt 4C.315/2000 du 5 février 2001 consid. 4c, in CdB 2001 p. 77).
2.3 A teneur de l'<ref-law>, l'abus manifeste d'un droit n'est pas protégé par la loi. Ce principe permet de corriger les effets de la loi dans certains cas où l'exercice d'un droit allégué créerait une injustice manifeste. Le juge apprécie la question au regard des circonstances concrètes, qui sont déterminantes. L'emploi dans le texte légal du qualificatif "manifeste" démontre que l'abus de droit doit être admis restrictivement. Les cas typiques en sont l'absence d'intérêt à l'exercice d'un droit, l'utilisation d'une institution juridique de façon contraire à son but, la disproportion manifeste des intérêts en présence, l'exercice d'un droit sans ménagement ou l'attitude contradictoire (<ref-ruling> consid. 3.3.1 p. 169 et les arrêts cités). S'agissant de la nullité du loyer initial, l'abus de droit peut entrer en considération lorsque la partie a eu conscience d'emblée du vice de forme et qu'elle s'est abstenue intentionnellement de le faire valoir sur-le-champ afin d'en tirer avantage par la suite (<ref-ruling> consid. 1a p. 189 et arrêt 4A_185/2008 du 24 septembre 2008 consid. 2.2; cf. aussi <ref-ruling> consid. 3c p. 75). Le fait de payer sans discuter pendant une vingtaine de mois un loyer surévalué par rapport aux critères contenus aux <ref-law> et de s'inquiéter de cette situation à l'occasion d'un avis d'augmentation ne saurait, à lui seul, faire admettre que le locataire commet un abus de droit en arguant de la nullité du loyer initial (arrêt 4C.428/2004 précité, consid. 3.2). En revanche, le locataire qui soulève un tel vice de forme pour s'opposer à la résiliation immédiate du contrat et à son expulsion commet un abus de droit; admettre la nullité dans une procédure d'expulsion aurait pour effet de légitimer l'usage des locaux à titre gratuit et de priver le bailleur des droits découlant de l'<ref-law>, ce qui détournerait le contrat de bail de son but (arrêt 4C.315/2000 du 5 février 2001 consid. 4c, in CdB 2001 p. 77).
2.4 2.4.1 Les constatations de la cour cantonale peuvent se résumer comme il suit: l'intimé ne s'est prévalu du défaut de notification de la formule officielle qu'après que le recourant lui eut fait notifier un commandement de payer, le 16 mai 2007. L'intimé n'a pas de connaissances spécifiques en droit du bail, bien qu'il ait suivi des études de niveau universitaire. A réception de l'acte de poursuite précité, l'intimé a cherché conseil auprès d'un avocat. Il n'est pas établi qu'il aurait appris avant cette occasion quels étaient ses droits quant à la fixation du loyer initial. Qu'il ait négocié le loyer initial et obtenu une réduction de 5'000 fr. à 4'800 fr. ne le prive pas de ses droits fondés sur l'<ref-law>, de nature impérative.
Sur la base de ces éléments, la cour a nié tout abus de droit de la part de l'intimé et reconnu son droit à solliciter la fixation judiciaire du loyer.
2.4.2 Le recourant argue de la mauvaise foi de l'intimé, qui aurait prétexté une méconnaissance du français pour expliquer sa contestation tardive du loyer alors qu'en réalité il maîtriserait cette langue. Toutefois, la question décisive n'est pas de savoir si l'intimé parlait le français, mais bien de déterminer s'il avait ou non connaissance de son droit de contester le loyer, fait qui a été exclu par l'autorité cantonale sans que le recourant n'excipe de l'<ref-law>. Ainsi, selon l'état de fait cantonal qui lie la Cour de céans, l'intimé a appris tardivement l'existence du vice de forme, à l'occasion d'une poursuite exercée par le recourant; l'intimé a alors ouvert action en réduction de loyer et en paiement du trop-perçu. Une telle démarche, qui n'avait en soi pas d'incidence sur la question des frais de remise en état de la chose louée, n'a rien d'abusif et ne constitue pas un détournement de la loi. Ayant eu tardivement connaissance de ses droits, l'intimé ne saurait se voir reprocher d'avoir acquitté les loyers sans contestation pendant toute la durée du contrat. Peu importe aussi qu'il ait négocié le montant du loyer. Comme le relève la doctrine, le cocontractant qui conteste le loyer après l'avoir accepté ne contrevient en principe pas aux règles de la bonne foi, puisque la loi prévoit précisément un tel droit (FETTER, op. cit., n° 324). Il n'est pas nécessaire d'examiner plus avant si un abus de droit pourrait exceptionnellement être retenu dans le cas où le loyer contesté aurait fait l'objet de longues négociations; la situation d'espèce ne présente en effet pas les caractéristiques de l'exemple doctrinal cité par le recourant (cf. NICOLAS SAVIAUX, Abus de droit et droit du bail, in CdB 2007 p. 1 ss, spéc. p. 10 in fine, qui envisage le cas de partenaires rompus aux affaires négociant longuement le loyer d'un bail sur une surface commerciale pour aboutir à un accord équilibré tenant compte des travaux consentis ou partiellement financés par le bailleur).
Il s'ensuit que le grief de violation de l'<ref-law> doit être rejeté.
3. 3.1 Le recourant s'en prend au calcul de rendement effectué par l'autorité précédente. Il ne critique toutefois pas le choix de cette méthode de fixation du loyer contesté (à ce sujet, cf. <ref-ruling> consid. 2b p. 64; Fetter, op. cit., n° 551 ss, spéc. n° 560).
3.2 L'<ref-law> implique une analyse du rendement net obtenu par le bailleur. Ce rendement résulte du rapport entre les fonds propres investis dans la chose remise à bail et le loyer, après déduction des charges d'exploitation et des intérêts débiteurs sur les capitaux empruntés (<ref-ruling> consid. 6a p. 174). Sont pris en compte les fonds propres réellement investis, sans égard au modèle théorique qui gouverne certaines dispositions légales en consacrant un rapport standardisé de 40 % de fonds propres et 60 % de fonds étrangers (DAVID LACHAT, Le bail à loyer, 2008, p. 431; cf. <ref-ruling> consid. 3a; <ref-ruling> consid. 5). Pour déterminer le montant des fonds propres investis, il faut partir du coût de revient effectif de l'immeuble, sauf si le prix d'acquisition est manifestement exagéré, et en soustraire le montant des fonds étrangers (emprunts garantis ou non par hypothèque) (<ref-ruling> consid. 6a p. 174). Le coût de revient comprend notamment les frais d'acquisition du terrain et le coût de construction de l'immeuble, ou de son amélioration. Les fonds propres peuvent varier au fil du temps, notamment lorsque le bailleur rembourse ("amortissement") des fonds étrangers ou finance des travaux à plus-value; ils sont alors augmentés d'autant (<ref-ruling> consid. 3a; LACHAT, op. cit., pp. 429-431; Peter Higi, Zürcher Kommentar, 4e éd. 1998, n° 171 ss ad <ref-law>). Le prix effectivement payé par l'acheteur est en principe déterminant, même s'il est inférieur à la valeur du marché (Tercier/Favre, Les contrats spéciaux, 4e éd. 2009, n° 2594). Toutefois, le bailleur qui a acquis un bien-fonds à un prix préférentiel, par exemple à la suite d'une succession ou dans le cadre d'une donation mixte, est en droit de fonder la valeur de l'immeuble sur le prix effectif du marché au moment de l'acquisition. Le prix avantageux consenti au bailleur dans les circonstances précitées est en effet destiné exclusivement à le favoriser, et non à avantager ses locataires. Seule la prise en compte de la valeur du marché de l'immeuble à l'époque où le bailleur l'a acquis à titre préférentiel, voire à titre gratuit, lui permet de tirer un profit économique de la libéralité qui lui a été délibérément accordée (arrêt 4C.285/2005 du 18 janvier 2006 consid. 2.5, in CdB 2006 p. 59, et le commentaire de Beat Rohrer in MRA 2006 p. 7 ss, lequel souligne la difficulté de prouver une telle valeur; arrêt 4C.234/1994 du 6 décembre 1994 consid. 3a, in MRA 1995 p. 75). Le fardeau de la preuve du prix préférentiel incombe au bailleur (Robert Siegrist, Der missbräuchliche Mietzins, Regel und Ausnahmen, 1997, p. 26).
4. 4.1 Le recourant reproche à l'autorité précédente d'avoir refusé d'intégrer dans le calcul de rendement, en raison d'un établissement des faits arbitraire et contraire au droit, des travaux à plus-value de 200'000 fr. ainsi que deux prêts de 100'000 fr. et 128'950 fr. 40 qui auraient servi à l'acquisition de l'immeuble. De l'avis du recourant, ces éléments modifieraient le calcul de rendement en entraînant une hausse du prix d'acquisition effectif de la villa. La cour cantonale se serait fondée "aveuglément" sur le prix de 669'665 fr. figurant au registre foncier alors que le prix du marché d'une villa de qualité moyenne dans la banlieue aisée de Genève serait notoirement plus élevé; preuve en serait le prix de 1'200'000 fr. obtenu pour la revente de l'immeuble en 2007. L'autorité précédente n'aurait pas dû faire profiter l'intimé du prix préférentiel obtenu par le recourant et aurait dû se fonder sur le prix du marché de la villa.
4.2 Contrairement à ce que plaide le recourant, la question de l'affectation des prêts litigieux n'est pas propre à influer sur la valeur de l'immeuble (Anlagewert) ou coût de revient, qui se détermine en fonction d'éléments tels que le prix d'achat et le coût de construction, mais a une incidence sur la question du financement de ce coût de revient (fonds étrangers/fonds propres).
Par ailleurs, c'est une question de droit (<ref-law>) que de savoir si le juge doit s'écarter du prix d'achat effectivement payé par l'acheteur pour se fonder sur la valeur du marché; or, le recourant n'a fait valoir de violation du droit qu'en relation avec l'établissement des faits (<ref-law>). Cela étant, il faut constater, au niveau des faits, que le recourant n'a pas allégué que l'entreprise avait voulu le faire profiter d'un prix de faveur et n'a pas non plus établi que le prix d'achat était inférieur au prix du marché. Tout au plus a-t-il allégué que la valeur "économiquement réaliste" de l'immeuble, "soit (...) la valeur du marché", équivalait à 1'037'081 fr., montant comprenant le prix d'achat de 669'665 fr. (censé correspondre au total des emprunts), auquel s'ajouteraient 167'416 fr. correspondant à 20 % de fonds propres (dont on comprend qu'il s'agit d'une part théorique standardisée par rapport aux fonds étrangers précités, supposés correspondre à 80 % de l'investissement) - ainsi que 200'000 fr. de travaux à plus-value (réponse, all. 15-17; conclusions après enquête et appel, all. 61-63). Quand bien même le recourant parviendrait à établir que le prix d'achat figurant au registre foncier aurait été entièrement financé par des fonds étrangers, on ne saurait présupposer qu'il s'agissait d'un prix de faveur concédé par l'entreprise, qui aurait par hypothèse évité à son administrateur de devoir avancer la mise de fonds propres usuelle de 20 %. Le prix du marché ne saurait être reconstitué artificiellement par une formule standardisée, comme prétend le faire le recourant.
Au demeurant, dans un marché aussi instable que celui des immeubles à Genève, il ne saurait être question de considérer le prix d'achat d'une villa de qualité moyenne dans la banlieue aisée de cette ville en 2001 comme un fait notoire (sur cette notion, cf. <ref-ruling> consid. 4.1 et les références).
Ces précisions étant apportées, il convient d'examiner tout d'abord le grief relatif aux travaux à plus-value, puis celui afférent aux prêts.
Ces précisions étant apportées, il convient d'examiner tout d'abord le grief relatif aux travaux à plus-value, puis celui afférent aux prêts.
4.3 4.3.1 Le recourant reproche à l'autorité précédente de ne pas avoir retenu des travaux à plus-value d'un montant de 200'000 fr. S'agissant de travaux effectués personnellement, il ne disposerait d'aucune facture propre à les établir et aurait été privé du droit de faire administrer la seule preuve à sa disposition, soit son audition personnelle. Le recourant soulève à cet égard le grief d'arbitraire dans l'appréciation des preuves et dans l'application de l'art. 429 al. 2 de l'ancienne loi de procédure civile genevoise du 10 avril 1987 (aLPC - RSG E 3 05), ainsi que le grief de violation du droit d'être entendu (art. 29 al. 2 Cst.) et de l'<ref-law>.
4.3.2 La cour cantonale a précisé qu'un montant de 200'000 fr. ne pouvait pas être pris en compte "pour des travaux à plus-value effectués précédemment à l'acquisition". Le recourant n'argue pas d'arbitraire la constatation de la cour cantonale relative à l'époque d'exécution des travaux, ni ne prétend qu'elle a été retenue sans preuve en contravention de l'<ref-law>. Tout au plus soutient-il de manière purement appellatoire que la cour cantonale a enfreint l'art. 9 Cst. dans l'appréciation des preuves en ne tenant pas compte des travaux à plus-value dans le calcul de rendement. Il dit avoir fait admettre à l'autorité cantonale qu'il avait acquis la villa en fin de gros oeuvre et voulait la terminer lui-même. Or, tel n'est pas ce que retient le jugement, qui précise - sans faire l'objet d'un grief d'arbitraire - que l'entreprise A._ SA a acquis en 1998, au prix de 343'000 fr., une parcelle et une maison en fin de gros oeuvre qu'elle projetait d'achever elle-même et qu'elle a ensuite revendu l'immeuble au recourant en décembre 2001 pour le prix de 669'665 fr. La Cour de céans est ainsi liée par les constatations cantonales quant à l'époque d'exécution des travaux. Dans la mesure où les travaux sont antérieurs à l'acquisition, ils ne sauraient être pris en compte à titre de coût de construction, poste qui ne peut concerner que des travaux effectués après l'acquisition de l'immeuble. Dans ces circonstances, tous les griefs en rapport avec la preuve des travaux à plus-value censés avoir été exécutés par le recourant sont privés d'objet.
4.4 Le recourant reproche enfin à la cour cantonale d'avoir versé dans l'arbitraire en constatant que deux des prêts par lui contractés ne pouvaient pas être reliés à l'acquisition immobilière. De son point de vue, le montant total des trois prêts, qui équivaut exactement au prix d'achat, suffirait à établir un tel lien. En outre, sa comparution personnelle, qui a été refusée, aurait permis d'établir la destination des prêts.
4.4.1 Selon l'état de fait attaqué, le recourant a conclu avec une banque deux contrats de prêt datés du même jour, l'un d'un montant de 440'714 fr. 60 qu'il s'engageait à affecter à la reprise du prêt hypothécaire de l'Entreprise A._ SA et l'autre d'un montant de 100'000 fr. qu'il devait destiner à la réduction du compte courant débiteur de cette même société. Le 6 décembre 2001, le recourant a encore obtenu un prêt de 128'950 fr. 40 concédé par l'entreprise précitée; le contrat ne précise rien sur l'affectation des fonds.
La cour cantonale a retenu que seul le prêt de 440'714 fr. 60 était lié à l'acquisition de la villa; s'agissant des deux autres prêts, les documents contractuels ne permettaient pas d'établir un lien suffisant, nonobstant le fait que le montant total des trois prêts équivalait au prix d'achat. Elle a ajouté qu'aucune des pièces produites ne permettait de justifier le paiement des montants allégués à titre de charges financières alors que ceux-ci étaient contestés par l'intimé. Tout au plus l'intimé admettait-il le remboursement de 18'179 fr. 50 à titre d'intérêt annuel sur le prêt de 440'714 fr. 60. La cour a donc retenu que les fonds propres investis s'élevaient à 228'950 fr. 40 (par soustraction des fonds étrangers de 440'714 fr. 60 du prix d'achat de 669'665 fr.).
4.4.2 Le prêt de 440'714 fr. 60, destiné à reprendre la dette hypothécaire de la société propriétaire de l'immeuble, se distingue par la précision inhabituelle de son montant. Le même jour a été concédé un prêt de 100'000 fr. qui devait tout comme le premier être garanti par l'immeuble en question et qui était destiné à la réduction du compte courant de la propriétaire du bien-fonds. En matière d'acquisition immobilière, les banques octroient fréquemment un financement combinant un prêt hypothécaire et un crédit en compte courant, ce qui pourrait avoir été le cas pour l'entreprise précitée. A tout le moins un lien était-il établi entre le prêt et l'immeuble, respectivement sa propriétaire. Le troisième prêt, concédé par celle-ci quelques jours avant la revente de l'immeuble, constitue l'exact solde nécessaire (128'950 fr. 40) au paiement du prix d'achat (669'665 fr.). Il faut admettre que, pris dans leur ensemble, ces éléments plaident sérieusement en faveur d'une affectation des trois prêts à l'acquisition immobilière. Par ailleurs, le fait que le recourant se soit abstenu d'alléguer et d'établir le paiement effectif des intérêts ne revêt pas de signification particulière par rapport à la réalité des prêts. Il serait peu cohérent d'admettre l'existence d'un des deux prêts concédés par la banque et de nier celle de l'autre concédé le même jour. Quant au prêt octroyé par l'entreprise, il faut certes avoir égard aux liens particuliers qu'elle entretenait avec l'emprunteur; toutefois, dans la mesure où la réalité du prix figurant au registre foncier n'est pas remise en cause, il n'y a pas de motif sérieux de douter du fait que la société venderesse a concédé un prêt à son administrateur acquéreur, question qui doit être distinguée de celle du paiement des intérêts.
Quoi qu'il en soit, la question de savoir si l'appréciation des preuves opérée par la cour cantonale est seulement critiquable ou insoutenable et, partant, arbitraire, peut rester indécise. Il apparaît en effet que la solution n'est de toute façon pas arbitraire dans son résultat.
4.4.3 L'<ref-law> implique une analyse du rendement que procure l'immeuble loué par rapport à l'investissement consenti par le bailleur, lequel serait en l'occurrence nul. L'application analogique de cette disposition est toutefois possible dans un tel cas. Le loyer doit alors permettre de couvrir les charges immobilières effectives (cf. <ref-ruling> consid. 6a p. 174 in fine), soit les charges financières, courantes et d'entretien (Lachat, op. cit., p. 431 n. 53).
En l'espèce, la cour cantonale était arrivée à la conclusion que sur les trois prêts invoqués par le recourant, un seul, à hauteur de 440'714 fr. 60, avait été consenti pour l'acquisition de l'immeuble, fixée à 669'665 fr. Elle en a déduit que le solde du prix d'achat (228'950 fr. 40) émanait des fonds propres du recourant. Elle a arrêté le rendement admissible de ces fonds propres à 9'548 fr. 10, après avoir réévalué ceux-ci et avoir appliqué un taux hypothécaire de référence de 3,75 %, augmenté de 0,5 %. A ce montant, elle a ajouté 18'179 fr. 50 de charges financières non contestées pour le prêt de 440'714 fr. 60 ainsi que 5'426 fr. 15 correspondant à des charges d'entretien annuelles et des honoraires. Elle a conclu que le loyer admissible était de 33'153 fr. 75, montant arrondi à 33'144 fr. par an.
Les montants de 5'426 fr. 15 et de 18'179 fr. 50 sont acquis. Si l'on admet que l'immeuble a été entièrement financé par des fonds étrangers, le montant de 9'548 fr. 10, afférent au rendement admissible des fonds propres, ne peut plus être pris en compte. En revanche, entrent en considération les intérêts des deux autres prêts litigieux, qui s'élèvent respectivement à 5'000 fr. (prêt de 100'000 fr., intérêt à 5 %) et 6'447 fr. 50 (prêt de 128'950 fr. 40, intérêt à 5 %). La cour cantonale a relevé que le paiement de ces charges n'avait pas été établi. Il faut admettre que la preuve d'un tel paiement s'imposait à tout le moins par rapport au prêt de 128'950 fr. 40 dès lors qu'il était concédé par la société venderesse à son administrateur unique. La charge financière supplémentaire qui peut être prise en compte ne s'élève ainsi qu'à 5'000 fr. L'on aboutit en définitive à un loyer admissible inférieur (5'426 fr. 15 + 18'179 fr. 50 + 5'000 fr. = 28'605 fr. 65) à celui retenu par la cour cantonale.
Il s'ensuit que l'appréciation des preuves opérée par la cour cantonale ne conduit pas à un résultat arbitraire, de sorte que le grief doit être rejeté, et avec lui le recours dans son ensemble.
5. Le recourant, qui succombe, supportera les frais judiciaires et versera à l'intimé une indemnité à titre de dépens (art. 66 al. 1 et art. 68 al. 1 et 2 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 5'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le recourant versera à l'intimé une indemnité de 6'000 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Chambre d'appel en matière de baux et loyers du canton de Genève.
Lausanne, le 28 avril 2011
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Klett Monti