Fatti:
A. A.a A.A._ e B._ si sono sposati nel 1977. Dal matrimonio non sono nati figli. Con sentenza 22 novembre 1995, emanata in luogo e vece del Pretore, il Segretario assessore del Distretto di Lugano ha pronunciato la separazione dei coniugi, omologando una convenzione in cui il marito si impegnava a versare alla moglie un contributo alimentare di fr. 1'000.-- mensili indicizzati "il cui ammontare verrà riesaminato al momento del pensionamento della moglie o al più tardi al raggiungimento dell'età pensionistica del marito". Il 21 luglio 1999 B._ ha dichiarato di rinunciare al versamento del contributo alimentare "a condizione di poter usufruire dell'impiego presso la C._ SA". Ella ha lavorato per tale società fino al 5 maggio 2004. Con accordo 17 maggio 2004 il contributo alimentare per la moglie è stato ripristinato "e ciò sino all'età di pensionamento di quest'ultima". Il 10 aprile 2006 la Commissione tutoria regionale 3 ha istituito in favore di A.A._ una curatela volontaria.
A.b Il 5 ottobre 2007 B._ ha introdotto davanti al Pretore del Distretto di Lugano un'azione di divorzio, chiedendo un contributo alimentare in capitale di fr. 180'000.-- o, in via subordinata, di fr. 1'000.-- mensili, e la metà della prestazione d'uscita acquisita dal marito durante il matrimonio o, quanto meno, un'adeguata indennità sulla base dell'<ref-law>. Con sentenza 27 aprile 2009 il Pretore ha pronunciato il divorzio e ha condannato A.A._ a versare all'ex moglie un'indennità adeguata di fr. 12'300.-- sulla base dell'<ref-law>, oltre ad un contributo alimentare di fr. 1'000.-- mensili fino al 30 aprile 2010, ridotti a fr. 390.-- mensili dopo di allora.
B. A.A._ è insorto alla I Camera civile del Tribunale d'appello del Cantone Ticino con un appello 18 maggio 2009 per ottenere che la sentenza pretorile fosse riformata nel senso di negare all'ex moglie sia l'indennità adeguata sia l'erogazione di un contributo alimentare. Con sentenza 5 aprile 2011 la Corte cantonale ha parzialmente accolto l'appello nella misura in cui non era divenuto privo d'oggetto, riformando il giudizio di prima istanza nel senso che l'importo di fr. 12'300.-- a titolo di indennità adeguata giusta l'<ref-law> è compensabile fino a concorrenza di fr. 6'100.--. Per il resto, la Corte cantonale ha confermato la sentenza pretorile.
C. Con ricorso in materia civile 26 maggio 2011 A.A._ insorge al Tribunale federale chiedendo che la sentenza del Tribunale d'appello sia riformata nel senso che non si faccia luogo all'assegnazione di contributi di mantenimento a partire dal 1° maggio 2008 e che l'importo di fr. 12'300.-- a titolo di indennità adeguata giusta l'<ref-law> sia compensabile fino a concorrenza di fr. 10'000.--. Egli chiede inoltre di porre a carico dell'ex moglie nella misura di 9/10 le spese e le ripetibili di prima e seconda istanza. Il ricorrente lamenta, in sostanza, un arbitrario accertamento dei fatti nonché la violazione degli art. 8 e 125 CC.
Invitate ad esprimersi sul ricorso, la Corte cantonale ha rinunciato a formulare osservazioni, mentre l'opponente non si è espressa entro il termine impartitole.

Diritto:
1. 1.1 La sentenza impugnata è una decisione finale (<ref-law>) che è stata emanata su ricorso dall'ultima istanza cantonale (art. 75 cpv. 1 e 2 LTF) in una causa civile (<ref-law>) di natura pecuniaria con un valore di lite superiore al limite di fr. 30'000.-- previsto dall'<ref-law>. Il tempestivo (art. 100 cpv. 1 e art. 46 cpv. 1 lett. a LTF) ricorso in materia civile inoltrato dalla parte parzialmente soccombente nella sede cantonale (<ref-law>) è quindi in linea di principio ammissibile.
1.2 Il Tribunale federale applica il diritto d'ufficio (<ref-law>). Ciò nondimeno, giusta l'<ref-law>, nei motivi del ricorso occorre spiegare in modo conciso perché l'atto impugnato viola il diritto. Ciò significa che il ricorrente deve almeno confrontarsi brevemente con i considerandi della sentenza impugnata pena l'inammissibilità del gravame (<ref-ruling> consid. 2.1).
Le esigenze di motivazione sono più rigorose quando è fatta valere la violazione di diritti fondamentali. II Tribunale federale esamina queste censure solo se la parte ricorrente le ha debitamente sollevate e motivate, come prescritto dall'<ref-law>. Ne discende che l'allegato ricorsuale deve indicare chiaramente i diritti costituzionali che si pretendono violati, precisando altresì in che consista tale violazione (<ref-ruling> consid. 2.2). Poiché il divieto dell'arbitrio (<ref-law>) rientra fra i diritti fondamentali, la censura relativa ad una sua violazione va espressamente sollevata e motivata nei predetti termini qualificati (<ref-ruling> consid. 2.2). Per lamentare con un'ammissibile censura la violazione del divieto dell'arbitrio non è segnatamente sufficiente formulare una critica meramente appellatoria (<ref-ruling> consid. 2.8) e contestare la decisione impugnata come in una procedura d'appello, nella quale l'autorità di ricorso gode di cognizione libera, opponendo semplicemente la propria opinione a quella dell'autorità cantonale (<ref-ruling> consid. 3).
1.3 In linea di principio il Tribunale federale fonda il suo ragionamento giuridico sull'accertamento dei fatti svolto dall'autorità inferiore (<ref-law>) e può scostarsene o completarlo unicamente se è stato effettuato in violazione del diritto nel senso dell'<ref-law> o in modo manifestamente inesatto (<ref-law>). L'accertamento dei fatti contenuto nella sentenza impugnata può essere censurato alle stesse condizioni; occorre inoltre che l'eliminazione dell'asserito vizio possa influire in maniera determinante sull'esito della causa (<ref-law>). Poiché la definizione di "manifestamente inesatto" corrisponde a quella dell'arbitrio (<ref-ruling> consid. 1.2.2) e configura a sua volta la violazione di un diritto fondamentale (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 1.4.1), valgono le accresciute esigenze di motivazione poste dall'<ref-law>.
Nell'ambito dell'apprezzamento delle prove e dell'accertamento dei fatti, visto l'ampio potere discrezionale riconosciuto alle autorità cantonali, il Tribunale federale si mostra prudente ed ammette una violazione del divieto dell'arbitrio unicamente qualora il giudice non abbia manifestamente compreso il senso e la portata di un mezzo di prova, se ha omesso di considerare un mezzo di prova pertinente senza serio motivo, infine se, sulla base degli elementi fattuali raccolti, il giudice cantonale ha tratto delle deduzioni insostenibili (<ref-ruling> consid. 4.2; <ref-ruling> consid. 2.1)
1.4 Non possono essere addotti nuovi fatti o nuovi mezzi di prova, a meno che non ne dia motivo la decisione impugnata, ciò che la parte ricorrente deve debitamente esporre nel proprio gravame (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 4.1).
2. In questa sede rimangono litigiose le questioni del contributo alimentare in favore dell'ex moglie (infra consid. 3), dell'importo da portare in compensazione con l'indennità adeguata ex <ref-law> (infra consid. 4), nonché delle spese e ripetibili di prima e seconda istanza (infra consid. 5).
3. 3.1 Se non si può ragionevolmente pretendere che un coniuge provveda da sé al proprio debito mantenimento, inclusa un'adeguata previdenza per la vecchiaia, l'altro coniuge gli deve un adeguato contributo di mantenimento (<ref-law>). Tale norma realizza due principi: da un lato, quello dell'indipendenza economica dei coniugi dopo il divorzio, secondo cui ciascun coniuge deve, nella misura del possibile, provvedere da sé ai suoi bisogni e, dall'altro, quello della solidarietà, in virtù del quale i coniugi devono sopportare in comune non solo le conseguenze della ripartizione dei compiti scelta in pendenza di matrimonio, ma anche gli svantaggi causati dall'unione coniugale che impediscono ad un coniuge di provvedere al proprio mantenimento. Il principio, l'importo e la durata del contributo di mantenimento vanno fissati in funzione degli elementi enumerati in modo non esaustivo all'<ref-law> (<ref-ruling> consid. 4.1.1 con rinvio). Giusta la giurisprudenza un contributo alimentare è dovuto se il matrimonio ha influito in modo concreto sulla situazione finanziaria del coniuge creditore degli alimenti ("lebensprägend"). Se il matrimonio è durato almeno dieci anni - periodo che va calcolato fino alla data della separazione dei coniugi - oppure se, indipendentemente dalla durata del matrimonio, i coniugi hanno dei figli comuni, si parte dal presupposto che vi è stata un'influenza concreta. Questo tipo di matrimonio non conferisce tuttavia automaticamente un diritto al contributo alimentare: il principio dell'autonomia prevale sul diritto al contributo, ciò che si deduce direttamente dall'<ref-law>; un coniuge può pretendere un contributo alimentare soltanto se non è in misura di provvedere da sé al proprio debito mantenimento e se l'altro coniuge dispone di una capacità contributiva (<ref-ruling> consid. 4.1.2 con rinvii).
Il Tribunale federale non è tenuto a verificare d'ufficio il calcolo del contributo di mantenimento, ma esamina in linea di principio unicamente le censure sollevate, a condizione che queste ultime siano motivate in modo sufficiente (sentenza 5A_690/2010 del 21 aprile 2011 consid. 4.3 con rinvio, in JdT 2012 II 302).
3.2 Il Giudice di prime cure ha indicato che in virtù della sentenza di separazione e dell'accordo 17 maggio 2004 - di cui le parti non hanno mai preteso la modifica - l'ex moglie ha diritto ad un contributo alimentare di fr. 1'000.-- mensili fino al raggiungimento della sua età pensionabile (7 aprile 2010), poco importando il suo pensionamento anticipato avvenuto il 1° maggio 2008. Il Pretore ha quindi condannato l'ex marito a versare all'ex moglie fr. 1'000.-- mensili fino al 30 aprile 2010.
In merito alla pretesa di mantenimento a partire dal maggio 2010, il Pretore ha accertato che nella fattispecie il matrimonio è stato di lunga durata, che dal 2003 l'ex moglie convive con il suo nuovo compagno, che le entrate di lei il 1° maggio 2008 erano di fr. 2'423.-- mensili ed il relativo fabbisogno minimo di fr. 2'913.-- mensili (di cui fr. 1'000.-- per la locazione di un appartamento). Quanto all'ex marito, ha osservato che egli partecipa alla comunione ereditaria fu D.A._, dispone di una certa sostanza e nel 2006 ha percepito un reddito di fr. 58'485.--, pari a fr. 4'873.80 mensili, a fronte di un fabbisogno minimo di fr. 4'000.-- mensili. In virtù del principio della solidarietà ha chiamato l'ex marito a versare all'ex moglie un contributo di fr. 390.-- mensili pari all'ammanco di lei.
3.3 La Corte cantonale ha precisato che relativamente al contributo alimentare fino al 30 aprile 2010 l'appello dell'ex marito risultava caduco, atteso che fino a tale data continuava a valere la sentenza di separazione con i successivi accordi, che il giudice del divorzio non può rimettere in causa.
Per quanto concerne invece la situazione a decorrere dal passaggio in giudicato della sentenza d'appello, la Corte cantonale ha in sostanza confermato gli accertamenti di fatto del Pretore e la condanna al versamento di un contributo alimentare di fr. 390.-- mensili.
3.4 Il ricorrente chiede la riforma della sentenza d'appello nel senso che non si faccia luogo all'assegnazione di contributi alimentari in favore dell'ex moglie.
3.4.1 Egli lamenta un accertamento arbitrario dei fatti per quanto concerne il costo dell'alloggio inserito nel fabbisogno minimo dell'ex moglie, fissato in fr. 1'000.-- mensili dal Pretore e confermato dai Giudici cantonali. Indipendentemente dall'esistenza di un concubinato qualificato (infra consid. 3.4.2), afferma che tale costo andava ridotto perlomeno a fr. 775.-- mensili conformemente alla giurisprudenza del Tribunale federale che prevede "che il canone di locazione va ridotto fino alla metà del minimo esistenziale previsto per coniugi (fr. 775.-- mensili) in base all'effettiva partecipazione". Questo accertamento arbitrario dei fatti avrebbe condotto ad un'errata applicazione dell'<ref-law>.
Così facendo, il ricorrente si limita a contrapporre la sua opinione a quella del Tribunale d'appello. Il solo richiamo alle sentenze <ref-ruling> e <ref-ruling>, confuso ed incompleto, e la mancanza di un reale confronto con l'argomentazione della Corte cantonale secondo la quale in caso di coabitazione ad ogni coniuge va riconosciuto il costo dell'alloggio che egli dovrebbe sopportare se abitasse da solo non permettono di mettere in discussione l'accertamento dell'onere di locazione. Il ricorrente, del resto, non contesta nemmeno la valutazione dei Giudici cantonali secondo la quale un esborso di fr. 1'000.-- mensili (spese accessorie comprese) può ritenersi ragionevole e adeguato per una persona singola che abiti nell'agglomerato luganese. La critica ricorsuale è pertanto manifestamente inammissibile per difetto di una motivazione qualificata della censura d'arbitrio che solleva e non può essere ulteriormente esaminata (supra consid. 1.2 e 1.3). Pure la censura di violazione dell'<ref-law>, subordinata all'accoglimento della critica rivolta all'accertamento dei fatti, non può essere trattata.
3.4.2 Il ricorrente sostiene poi che l'opponente non avrebbe contestato la sua allegazione di prima istanza, secondo la quale ella vivrebbe in un concubinato "qualificato". La Corte cantonale avrebbe pertanto arbitrariamente dimenticato di applicare l'art. 170 cpv. 2 del codice di procedura civile ticinese (CPC/TI, nel frattempo abrogato con l'entrata in vigore del CPC [RS 272] il 1° gennaio 2011) che prevede che i fatti non contestati sono in linea di principio ammessi e l'<ref-law>/TI per cui i fatti non contestati non vanno provati. A fronte della mancata contestazione del concubinato qualificato, i Giudici cantonali non potevano applicare la giurisprudenza in virtù della quale l'onere di dimostrare l'esistenza di tale concubinato qualificato è messo a carico del debitore alimentare (v. <ref-ruling> consid. 3c) ed erogare all'ex moglie un contributo di mantenimento giusta l'<ref-law>.
Esaminando gli allegati prodotti dal ricorrente in prima sede, la Corte cantonale è giunta alla conclusione - non contestata dal ricorrente - che l'ex marito "in concreto, a ben vedere (...), nemmeno pretende l'esistenza di un concubinato "qualificato"". Non si vede pertanto come l'opponente potesse contestare un fatto non allegato. La censura non merita maggior disamina e va respinta in quanto manifestamente infondata. La denuncia della violazione dell'<ref-law> che il ricorrente formula con la critica di arbitraria applicazione degli art. 170 cpv. 2 e 184 cpv. 2 CPC/TI è subordinata all'accoglimento di tale critica e non deve pertanto essere ulteriormente trattata.
3.4.3 Il ricorrente sostiene inoltre che l'opponente non avrebbe nemmeno contestato la sua allegazione di prima istanza, secondo la quale egli non percepirebbe alcun reddito; tale fatto andava di conseguenza ammesso in forza dei già citati art. 170 cpv. 2 e 184 cpv. 2 CPC/TI, per cui la Corte cantonale, ignorandolo, sarebbe caduta nell'arbitrio.
Questa censura (come del resto anche la precedente) non è stata proposta con l'appello. Essa si fonda su di un fatto procedurale - la mancata contestazione di un'allegazione da parte dell'opponente - che non è stato accertato dall'autorità cantonale. Un fatto simile è nuovo nel senso dell'<ref-law> e l'argomentazione giuridica che si fonda su di esso è pertanto irricevibile (supra consid. 1.4; <ref-ruling> consid. 5.3.2).
3.4.4 Sempre nell'ambito della sua capacità di far fronte al contributo alimentare di fr. 390.-- mensili, il ricorrente lamenta anche la violazione dell'<ref-law> sostenendo che incombeva semmai all'ex moglie "provare che l'ex marito era in grado di far fronte alla rendita e non il contrario".
L'<ref-law> definisce la ripartizione dell'onere probatorio, in particolare pone le conseguenze dell'assenza di prova di un fatto a carico della parte che ne porta l'onere (<ref-ruling> consid. 3.1). Esso non disciplina invece l'apprezzamento delle prove, non prescrive al giudice né quali prove assumere, né come valutarle (<ref-ruling> consid. 3c). Quando un fatto è accertato per apprezzamento delle prove, la questione della ripartizione dell'onere della prova diviene senza oggetto (<ref-ruling> consid. 3.4 con rinvio; <ref-ruling> consid. 5.4). In concreto il Tribunale di appello ha valutato le prove raccolte con riferimento al reddito ed alla sostanza del ricorrente e ha ritenuto provato che egli fosse in grado di far fronte al pagamento del contributo alimentare, come già deciso dal Pretore. Ne segue che una violazione dell'<ref-law> non entra in linea di conto. Rimane quindi da esaminare se - come sostenuto dal ricorrente - l'accertamento dei fatti contenuto nella sentenza impugnata sia arbitrario.
3.4.5 Il ricorrente pretende infatti che l'accertamento del suo reddito e della sua sostanza sarebbe il risultato di un apprezzamento arbitrario delle prove. Questo arbitrario accertamento avrebbe avuto per effetto di riconoscere a torto all'ex moglie una rendita secondo l'<ref-law>, norma che risulterebbe così violata.
La Corte cantonale ha osservato che il rendiconto finanziario 2006 allestito dal curatore del ricorrente (doc. 13) registrava un utile d'esercizio di fr. 58'485.--, una sostanza di fr. 338'370.-- e la partecipazione di un terzo alla ditta C._ SA, il cui attivo ammontava a fr. 846'776.--. Essa ha respinto l'argomento del ricorrente secondo il quale a partire dal 2006 si è verificata una costante diminuzione dei suoi averi, dato che il documento da lui allegato (doc. 19) si limitava a riassumere la movimentazione di un conto (non meglio precisato) con un saldo di fr. 25'122.-- il 1° gennaio 2007 e un saldo di fr. 829.-- il 31 dicembre 2007 e che pertanto sulla base di questo solo documento non si poteva concludere che non avesse mezzi sufficienti per erogare un contributo alimentare all'ex moglie. I Giudici cantonali hanno giudicato possibile che tra il 1° gennaio 2008 ed il 16 febbraio 2009 l'ex marito abbia fatto fronte a uscite per fr. 75'000.--, come da lui preteso, ma hanno considerato che ciò ancora non bastava per dimostrare una diminuzione della sostanza da fr. 305'000.-- a fr. 230'000.--, men che meno considerato che nel citato rendiconto finanziario figuravano, oltre ad un conto corrente postale, due conti presso due istituti bancari. Relativamente al 2007, poi, l'ex marito si è limitato ad esibire estratti di conti presso istituti bancari (doc. 20), senza nemmeno produrre il rendiconto finanziario 2007. In mancanza di dati più attendibili, i Giudici cantonali hanno valutato che non vi erano ragioni per scostarsi dagli accertamenti del Pretore.
Il ricorrente afferma di non percepire alcun reddito, fatta eccezione per il reddito derivante dalla sostanza, che nella fattispecie corrisponderebbe a circa fr. 9'000.-- annui. L'utile d'esercizio che risulta dal rendiconto finanziario 2006 (doc. 13), riferito in realtà soltanto al secondo semestre 2006, sarebbe infatti - in gran parte - unicamente la differenza contabile dovuta ad una distribuzione di averi appartenenti alla comunione ereditaria fu D.A._, come dimostrerebbe il documento che accompagna il rendiconto finanziario (doc. 14). La Corte cantonale avrebbe arbitrariamente omesso di considerare anche il documento contabile redatto dal curatore (doc. 19) che confermerebbe l'assenza di reddito e che attesterebbe una diminuzione annua della sostanza di fr. 75'000.--. La sua sostanza si andrebbe infatti pian piano assottigliando, proprio per la mancanza di reddito, e sarebbe composta da beni ereditari che non entrerebbero in ogni modo in considerazione per l'applicazione dell'<ref-law>. Il ricorrente considera infine che il ritardo nell'allestimento del rendiconto 2007 non era un motivo valido per non considerare fedefacenti i conteggi ed i documenti presentati.
Contrariamente a quanto asserito dal ricorrente, dal giudizio impegnato non risulta che la Corte cantonale abbia valutato che i documenti richiamati nell'appello non fossero fedefacenti; piuttosto, essa ha giudicato che tali documenti non bastassero per concludere che l'ex marito non disponesse di mezzi sufficienti ad erogare un contributo alimentare all'ex moglie di fr. 390.-- mensili, come aveva stabilito il Pretore. Attraverso la sua argomentazione il ricorrente non riesce a dimostrare che tale deduzione dei Giudici cantonali, effettuata in base ad una valutazione complessiva del materiale probatorio, sia manifestamente insostenibile (supra consid. 1.2 e 1.3): egli si limita infatti a valutare a modo suo le singole prove e ad opporre la sua versione dei fatti a quella della Corte cantonale, come se si trovasse davanti ad un'istanza di appello con pieno potere di riesame dei fatti. Il ricorrente si prevale inoltre di fatti nuovi - ad esempio quando sembra affermare, per di più in modo apodittico e senza alcun riferimento agli atti, che la sua sostanza proverrebbe unicamente da beni ereditari - senza nemmeno pretendere che la condizione posta dall'<ref-law> sarebbe in concreto adempiuta (supra consid. 1.4). Nella minima misura in cui si rivela ammissibile, la censura di arbitrario accertamento dei fatti va quindi dichiarata infondata.
Pure la critica ricorsuale di violazione dell'<ref-law> non entra in linea di conto, in quanto fondata su una fattispecie differente da quella accertata dall'autorità inferiore, che il ricorrente, come appena visto, non è riuscito ad invalidare.
4. 4.1 Nel giudizio impugnato la Corte cantonale ha esaminato la richiesta del ricorrente - non sottoposta al Pretore - di compensare l'equa indennità ex <ref-law> riconosciuta all'ex moglie (fr. 12'300.--) con i contributi alimentari versati a quest'ultima dal 1° maggio 2008 al 29 febbraio 2009 (complessivi fr. 10'000.--). Interpretando - secondo il principio dell'affidamento - la convenzione sugli effetti della separazione nonché i successivi accordi conclusi tra le parti (del 21 luglio 1999 e del 17 maggio 2004), i Giudici cantonali hanno giudicato che il senso della pattuizione fosse quello per cui il contributo alimentare in favore dell'opponente sarebbe stato dovuto fino all'effettivo pensionamento di lei (avvenuto il 1° maggio 2008), dopo di che tale contributo non sarebbe decaduto, come preteso dall'ex marito, ma doveva essere riesaminato. Ora, a tale data l'opponente aveva redditi per fr. 2'423.-- mensili rispetto ad un fabbisogno minimo di fr. 2'913.-- mensili, e la convivenza di lei non giustificava la soppressione del contributo. Ella avrebbe pertanto avuto diritto ad un contributo alimentare pari a fr. 390.-- mensili. Avendo il ricorrente versato fr. 1'000.-- mensili fino al febbraio 2009, l'opponente ha riscosso un indebito di fr. 6'100.--. La Corte cantonale ha pertanto concluso che l'indennità adeguata ex <ref-law> poteva essere compensata fino a concorrenza di tale somma.
4.2 Il ricorrente considera invece che non era dovuto alcun contributo di mantenimento a partire dal maggio 2008 e di poter pertanto far valere in compensazione l'importo di fr. 10'000.--.
La conclusione secondo la quale non era dovuto alcun contributo alimentare a partire dal maggio 2008 è priva di fondamento poiché il ricorrente la fa dipendere dall'accoglimento degli argomenti ricorsuali già esaminati al precedente considerando 3, argomenti che sono invece stati integralmente respinti nella misura della loro ammissibilità. L'argomento ricorsuale non merita pertanto maggior disamina e va respinto.
5. Il ricorrente postula la modifica della ripartizione delle spese e delle ripetibili di prima e seconda istanza fissata dall'autorità inferiore. Tuttavia, atteso che la sentenza impugnata va integralmente confermata, non si giustifica modificare il giudizio impugnato su questo punto. La censura va respinta.
6. Da quanto precede discende che il ricorso deve essere respinto nella misura della sua ammissibilità. Le spese giudiziarie seguono la soccombenza (<ref-law>), mentre non si giustifica assegnare ripetibili all'opponente che, non avendo presentato una risposta al ricorso, non è incorsa in spese per la sede federale.

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Nella misura in cui è ammissibile, il ricorso è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 3'000.-- sono poste a carico del ricorrente.
3. Comunicazione ai patrocinatori delle parti e alla I Camera civile del Tribunale d'appello del Cantone Ticino.