Sachverhalt:
A. Mit Verfügung vom 17. Januar 2002 sprach die IV-Stelle Bern dem 1969 geborenen G._ ab 1. September 2000 bei einem Invaliditätsgrad von 100 % eine ganze Rente der Invalidenversicherung zu. Am 7. Oktober 2002 bestätigte sie einen unveränderten Invaliditätsgrad und Rentenanspruch. Auch das infolge Umzugs des Versicherten mittlerweile zuständige Ufficio dell'assicurazione invalidità del Cantone Ticino (nachfolgend: IV-Stelle) anerkannte eine gleich gebliebene Situation (Mitteilung vom 29. Mai 2007). Im Mai 2010 leitete die IV-Stelle erneut ein Revisionsverfahren ein, in dessen Verlauf sie u.a. bei der Lebensversicherung Y._, die dem Beschwerdeführer ebenfalls Leistungen ausrichtet, das medizinische Dossier einholte. Nach Durchführung des Vorbescheidverfahrens hob sie die Rente mit Verfügung vom 5. Oktober 2011 auf das Ende des der Zustellung folgenden Monats auf mit der Begründung, der Gesundheitszustand habe sich erheblich verbessert.
B. Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino mit Entscheid vom 18. April 2012 ab.
C. G._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, der Entscheid vom 18. April 2012 sei aufzuheben und es sei ihm weiterhin die mit Verfügung vom 17. Januar 2002 gewährte ganze IV-Rente auszurichten.

Erwägungen:
1. Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann unter anderem die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zu Grunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (<ref-law>).
2. 2.1 Ändert sich der Invaliditätsgrad eines Rentenbezügers erheblich, so wird die Rente von Amtes wegen oder auf Gesuch hin für die Zukunft entsprechend erhöht, herabgesetzt oder aufgehoben (<ref-law> [SR 830.1]). Anlass zur Rentenrevision gibt jede wesentliche Änderung in den tatsächlichen Verhältnissen seit Zusprechung der Rente, die geeignet ist, den Invaliditätsgrad und damit den Anspruch zu beeinflussen. Insbesondere ist die Rente bei einer wesentlichen Änderung des Gesundheitszustandes oder der erwerblichen Auswirkungen des an sich gleich gebliebenen Gesundheitszustandes revidierbar (<ref-ruling> E. 3 S. 132). Liegt in diesem Sinne ein Revisionsgrund vor, ist der Rentenanspruch in rechtlicher und tatsächlicher Hinsicht allseitig zu prüfen (<ref-ruling> E. 4b S. 200; SVR 2004 IV Nr. 17 S. 53, I 526/02 E. 2.3; Urteil 9C_744/2008 vom 19. November 2008 E. 3.1.1 mit weiteren Hinweisen).
2.2 Bei der Beurteilung der Arbeits(un)fähigkeit stützt sich die Verwaltung und im Beschwerdefall das Gericht auf Unterlagen, die von ärztlichen und gegebenenfalls auch anderen Fachleuten zur Verfügung zu stellen sind. Aufgabe des Arztes oder der Ärztin ist es, den Gesundheitszustand zu beurteilen und dazu Stellung zu nehmen, in welchem Umfang und bezüglich welcher Tätigkeiten die versicherte Person arbeitsunfähig ist. Hinsichtlich des Beweiswertes eines Arztberichtes ist entscheidend, ob dieser für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt, in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, in der Beurteilung der medizinischen Zusammenhänge sowie der medizinischen Situation einleuchtet und ob die Schlussfolgerungen der Experten begründet sind (<ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis).
2.2 Bei der Beurteilung der Arbeits(un)fähigkeit stützt sich die Verwaltung und im Beschwerdefall das Gericht auf Unterlagen, die von ärztlichen und gegebenenfalls auch anderen Fachleuten zur Verfügung zu stellen sind. Aufgabe des Arztes oder der Ärztin ist es, den Gesundheitszustand zu beurteilen und dazu Stellung zu nehmen, in welchem Umfang und bezüglich welcher Tätigkeiten die versicherte Person arbeitsunfähig ist. Hinsichtlich des Beweiswertes eines Arztberichtes ist entscheidend, ob dieser für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt, in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, in der Beurteilung der medizinischen Zusammenhänge sowie der medizinischen Situation einleuchtet und ob die Schlussfolgerungen der Experten begründet sind (<ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis).
2.3 2.3.1 Bei den vorinstanzlichen Feststellungen zum Gesundheitszustand und zur Arbeitsfähigkeit der versicherten Person handelt es sich grundsätzlich um Entscheidungen über eine Tatfrage (<ref-ruling> E. 3.2 S. 397 ff.), welche das Bundesgericht seiner Urteilsfindung zugrunde zu legen hat (E. 1). Die konkrete Beweiswürdigung stellt ebenfalls eine Tatfrage dar. Dagegen ist die Beachtung des Untersuchungsgrundsatzes und der Beweiswürdigungsregeln nach <ref-law> Rechtsfrage (<ref-ruling> E. 3.2 und 4 S. 397 ff.; Urteil I 865/06 vom 12. Oktober 2007 E. 4 mit Hinweisen), die das Bundesgericht im Rahmen der den Parteien obliegenden Begründungs- bzw. Rügepflicht (<ref-law> und <ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1 und 1.4.2 S. 254) frei überprüfen kann (<ref-law>).
2.3.2 Eine Sachverhaltsfeststellung ist nicht schon dann offensichtlich unrichtig, wenn sich Zweifel anmelden, sondern erst, wenn sie eindeutig und augenfällig unzutreffend ist (<ref-ruling> E. 3.1 S. 44). Eine offensichtlich unrichtige Sachverhaltsfeststellung weist damit die Tragweite von Willkür auf (Botschaft des Bundesrates vom 28. Februar 2001 zur Totalrevision der Bundesrechtspflege, BBl 2001 S. 4338; MARKUS SCHOTT, Basler Kommentar, Bundesgerichtsgesetz, 2. Aufl. 2011, N. 9 f. zu <ref-law>). Es liegt noch keine offensichtliche Unrichtigkeit vor, nur weil eine andere Lösung ebenfalls in Betracht fällt, selbst wenn diese als die plausiblere erschiene (Urteil 9C_570/2007 vom 5. März 2008 E. 4.2). Eine Sachverhaltsfeststellung ist etwa dann offensichtlich unrichtig, wenn das kantonale Gericht den Sinn und die Tragweite eines Beweismittels offensichtlich falsch eingeschätzt, ohne sachlichen Grund ein wichtiges und für den Ausgang des Verfahrens entscheidendes Beweismittel nicht beachtet oder aus den abgenommenen Beweisen unhaltbare Schlüsse gezogen hat (<ref-ruling> E. 2.1 S. 9; Urteile 8C_5/2010 vom 24. März 2010 E. 1.2; 9C_368/2008 vom 11. September 2008 E. 4.2).
3. Die Vorinstanz hat festgestellt, die ursprüngliche Rentenzusprache habe auf der psychiatrischen Expertise des Dr. med. N._ vom 8. Oktober 2001 beruht. Weiter hat sie dem von der Lebensversicherung Y._ veranlassten polydisziplinären Gutachten der Begutachtungsstelle X._ vom 28. April 2011, bestehend aus der chirurgisch-orthopädischen Einschätzung des Dr. med. K._ und der psychiatrischen Bewertung des Dr. med. D._ gemäss dessen (Teil-)Gutachten vom 23. März 2011, Beweiskraft beigemessen. Gestützt darauf und unter Verweis auf die Würdigung dieser Unterlagen durch Dr. med. P._, Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie, vom Regionalen Ärztlichen Dienst (RAD; vgl. <ref-law> und <ref-law> [SR 831.201]; Stellungnahme vom 13. Juli 2011) hat sie eine wesentliche Verbesserung des Gesundheitszustandes in psychiatrischer Hinsicht festgestellt und demzufolge die Voraussetzungen für eine Rentenrevision gemäss <ref-law> bejaht. Schliesslich hat das kantonale Gericht einen Invaliditätsgrad von 30 % ermittelt und die Rentenaufhebung bestätigt.
4. 4.1 Vorab ist auf die Rüge einer Verletzung der Begründungspflicht durch die Vorinstanz einzugehen. Die IV-Stelle wies den Versicherten bereits mit Vorbescheid vom 11. August 2011 explizit darauf hin, dass sie gestützt auf die eingeholte medizinische Dokumentation, insbesondere das Gutachten der Begutachtungsstelle X._, von einer Verbesserung des Gesundheitszustandes ausgehe, weshalb der diesbezügliche Vorwurf der Verletzung des Anspruchs auf rechtliches Gehör nicht haltbar war resp. ist. Soweit der Vorinstanz in dieser Hinsicht eine ungenügende Begründung vorzuwerfen wäre, könnte ohnehin nicht von einem schwerwiegenden, eine Rückweisung rechtfertigenden Mangel (vgl. <ref-ruling> E. 5.1 S. 390 mit Hinweis) gesprochen werden.
Im Übrigen hat das kantonale Gericht die als wesentlich und erstellt erachteten Tatsachen und die daraus gezogenen rechtlichen Schlüsse nachvollziehbar dargelegt. Darin kann keine Verletzung der aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör nach <ref-law> sowie <ref-law> (SR 830.1) und <ref-law> abgeleiteten Prüfungs- und Begründungspflicht (Urteil 5A_368/2007 vom 18. September 2007 E. 2; vgl. auch <ref-ruling> E. 5.3 S. 357 ff.) oder des Willkürverbotes (<ref-law>) erblickt werden (Urteil 9C_215/2010 vom 20. April 2010 E. 3). Entscheidend ist, dass es den Parteien möglich ist, das vorinstanzliche Erkenntnis - unter Berücksichtigung der Kognition des Bundesgerichts (HANSJÖRG SEILER und andere, Bundesgerichtsgesetz [BGG], 2007, N. 9 f. zu <ref-law>) - sachgerecht anzufechten (<ref-ruling> E. 4.1 S. 88; <ref-ruling> E. 3.3 S. 445; <ref-ruling> E. 1a S. 181). Dies trifft hier zu.
4.2 Die vorinstanzliche Feststellung betreffend die Grundlage für die ursprüngliche Rentenzusprache ist nicht offensichtlich unrichtig (E. 2.3.2) und beruht auch nicht auf einer Rechtsverletzung. Sie ist daher für das Bundesgericht verbindlich (E. 1).
4.2 Die vorinstanzliche Feststellung betreffend die Grundlage für die ursprüngliche Rentenzusprache ist nicht offensichtlich unrichtig (E. 2.3.2) und beruht auch nicht auf einer Rechtsverletzung. Sie ist daher für das Bundesgericht verbindlich (E. 1).
4.3 4.3.1 Der IV-Stelle ist es nicht verwehrt, im Rahmen der Sachverhaltsabklärung von Amtes wegen (<ref-law>) Unterlagen bei Dritten einzuholen (vgl. <ref-law>). Sie sind in die Beurteilung des Leistungsanspruchs einzubeziehen, auch wenn bei deren Erstellung die Parteirechte gemäss <ref-law> allenfalls - etwa mangels Anwendbarkeit dieser Norm - nicht gewahrt wurden. Diese Situation ist auch nicht zu vergleichen mit jener, wo die Verwaltung selber ein Gutachten bei einer MEDAS in Auftrag gibt, weshalb die Fremdakten von vornherein nicht an den Vorgaben von <ref-ruling> zu messen sind. Der Umstand, dass eine private Versicherung das Gutachten mit Blick auf die Überprüfung ihrer Leistungspflicht in Auftrag gab (vgl. BGE <ref-ruling> E. 3a und 3b/dd S. 352 f.), spricht jedenfalls für sich allein nicht gegen seine Überzeugungskraft, er ist indessen bei der Beweiswürdigung zu berücksichtigen. Im konkreten Fall wurde und wird indessen nicht dargelegt und ist auch nicht ersichtlich, inwiefern die Gutachter der Begutachtungsstelle X._ befangen gewesen sein sollten (vgl. auch SVR 2012 IV Nr. 32 S. 127, 9C_776/2010 E. 3.3; Urteil 8C_426/2011 vom 29. September 2011 E. 7.3).
4.3.2 Das Gutachten der Begutachtungsstelle X._ (samt Gutachten des Dr. med. D._) genügt den rechtlichen Anforderungen an die Beweiskraft (E. 2.2). Die Einschätzung des behandelnden Arztes Dr. med. W._, Facharzt für Orthopädische Chirurgie, vom 4. September 2000 bildete nicht Grundlage für die Rentenzusprache (E. 4.2). Es wäre daher mit Blick auf <ref-law> nicht relevant, wenn mit dem Beschwerdeführer davon auszugehen wäre, dass in orthopädisch-chirurgischer Hinsicht keine Verbesserung des Gesundheitszustandes vorliegt, sondern lediglich eine andere - indessen nachvollziehbar begründete - Wertung der unveränderten Situation.
Was die psychischen Aspekte anbelangt, so diagnostizierte Dr. med. D._ (Gutachten vom 29. März 2011) zwar übereinstimmend mit Dr. med. N._ (Gutachten vom 8. Oktober 2001) eine anhaltende somatoforme Schmerzstörung (ICD-10: F45.4). Während dieser zusätzlich eine "leicht- bis mittelgradige Depression" und eine die "Pathologisierung des Geschehens manifestierende und chronifizierende paranoide Entwicklung des Denkens" entsprechend der Codierung ICD-10: F43.25, F22.8 und F60.8 feststellte, konnte Dr. med. D._ keine entsprechenden Befunde mehr erheben. So verneinte der Versicherte selber anlässlich der Untersuchung, deprimiert zu sein, was seine Ehefrau bestätigte. Über das Schmerzleiden hinaus konnten keine klinisch relevante psychopathologische Zeichen festgestellt werden. Trotz akzentuierter Persönlichkeitszüge waren die Kriterien für eine eigentliche Persönlichkeitsstörung nicht erfüllt. Die von Dr. med. N._ konstatierte hochgradige Empfindlichkeit gegen Kritik mit krankhaftem, paranoidem Charakter konnte von Dr. med. D._ nicht in diesem Ausmass bestätigt werden. Weiter verwies dieser auf die bestehende soziale Integration und den bereits 2002 erfolgten Abbruch jeglicher psychiatrischer Behandlung, nachdem Dr. med. N._ die Fortführung der Psychotherapie noch ausdrücklich empfohlen hatte. Dass Dr. med. D._ die von ihm erkannte Verbesserung der "psychophysischen" Verfassung auf den Umzug des Versicherten in den Kanton Tessin zurückführte, zieht auch nicht zwingend den Schluss nach sich, dass sie sich mit dem im Juni 2011 erfolgten Wegzug wieder verschlechterte. Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers hielt der Experte die gesundheitliche Situation auch nicht seit der Rentenzusprache, sondern erst seit dem Wohnortswechsel für stabil. Schliesslich liegt für die Zeit nach Erlass der Verfügung vom 17. Januar 2002, abgesehen von den Verlaufsberichten des behandelnden Arztes Dr. med. Naville vom 24. September 2002 und 18. Mai 2007 (vgl. BGE <ref-ruling> E. 3b/cc S. 353), keine vom Gutachten der Begutachtungsstelle X._ abweichende medizinische Einschätzung bei den Akten.
4.3.3 Dass die vorinstanzliche Beweiswürdigung offensichtlich unrichtig sein soll (E. 2.3.2), wird nicht geltend gemacht und ist auch nicht ersichtlich. Nach dem Gesagten ist der Verzicht auf weitere medizinische Abklärungen in zulässiger antizipierender Beweiswürdigung (<ref-ruling> E. 5.3 S. 236 mit Hinweisen) erfolgt.
4.4 Die vorinstanzliche Feststellung eines in psychischer Hinsicht wesentlich verbesserten Gesundheitszustandes beruht demnach nicht auf einer Rechtsverletzung. Sie ist auch nicht offensichtlich unrichtig (E. 2.3.2), weshalb sie für das Bundesgericht verbindlich bleibt (E. 1). Damit liegt ein Revisionsgrund im Sinne von <ref-law> vor, und einer allseitigen Prüfung und Neubeurteilung des Rentenanspruchs stand nichts entgegen.
4.5 Der Beschwerdeführer bringt nichts gegen die - zu Recht auf das Gutachten der Begutachtungsstelle X._ gestützte (E. 4.3) - vorinstanzliche Invaliditätsbemessung und den folglich fehlenden Rentenanspruch (vgl. <ref-law>) vor. Es besteht kein Anlass für eine nähere Prüfung von Amtes wegen (<ref-ruling> E. 1b und 2c S. 415 ff.; <ref-ruling> E. 4a S. 53).
4.6 Soweit der Versicherte schliesslich geltend macht, die IV-Stelle habe die 90-tägige Revisionsfrist (vgl. <ref-law> in Verbindung mit <ref-law> [SR 172.021]) nicht gewahrt, kann er nichts für sich ableiten. Er verkennt, dass die materielle Rentenrevision gemäss <ref-law> die Anpassung einer Dauerleistung resp. einer nachträglich unrichtig gewordenen Verfügung an geänderte Verhältnisse bezweckt. Dabei ist - anders als bei einer prozessualen Revision nach <ref-law>, die der Korrektur einer anfänglich unrichtigen Verfügung dient (vgl. UELI KIESER, ATSG-Kommentar, 2. Aufl. 2009, N. 4 ff. und N. 23 zu <ref-law>) - keine Revisionsfrist zu beachten. Wie bereits die IV-Stelle zutreffend erkannte, richtet sich in diesem Fall die Rentenanpassung in zeitlicher Hinsicht nach den Vorgaben von Art. 88a und 88bis IVV. Die Beschwerde ist unbegründet.
5. Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend hat der Beschwerdeführer die Gerichtskosten zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 19. November 2012
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Meyer
Die Gerichtsschreiberin: Dormann