Sachverhalt:
A. X._ soll am 24. November 2007 bei der Messstelle mit 79 km/h statt der innerorts zulässigen, beim Ortsbeginn Flüelen signalisierten 50 km/h gefahren sein. Nach Abzug der Toleranz von 3 km/h verbleibt eine Geschwindigkeitsüberschreitung von 26 km/h.
Das Obergericht des Kantons Uri verurteilte X._ am 7. Dezember 2010 zweitinstanzlich wegen grober Verletzung der Verkehrsregeln zu einer bedingten Geldstrafe von 10 Tagessätzen à Fr. 1'500.-- bei einer Probezeit von zwei Jahren und zu einer Busse von Fr. 3'000.--.
B. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt die Aufhebung des Urteils des Obergerichts und seine Freisprechung vom Vorwurf der groben Verletzung der Verkehrsregeln. Er sei wegen einfacher Verkehrsregelverletzung mit Fr. 500.-- zu büssen. Eventuell sei die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer wirft der Vorinstanz eine willkürliche Beweiswürdigung (<ref-law>) vor (Beschwerde, S. 3 ff.).
1.1 Gemäss <ref-law> kann die Feststellung des Sachverhalts durch die Vorinstanz nur gerügt werden, wenn diese offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Verletzung von schweizerischem Recht im Sinne von <ref-law> beruht. Offensichtlich unrichtig bedeutet willkürlich (<ref-ruling> E. 2.4 S. 313 mit Hinweisen). Willkür im Sinne von <ref-law> liegt nach ständiger Rechtsprechung vor, wenn der angefochtene Entscheid auf einer schlechterdings unhaltbaren oder widersprüchlichen Beweiswürdigung beruht, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft (<ref-ruling> E. 4.2 S. 560 mit Hinweisen).
1.2 Der Beschwerdeführer beanstandet die mit digitalem Bilddokumentationssystem erfolgte Geschwindigkeitsmessung unter dem Gesichtspunkt der Zuordnung der Messergebnisse zu seinem Fahrzeug als willkürlich (Beschwerde, S. 4). Er tut dies ohne Grund. Wie sich aus dem angefochtenen Entscheid (S. 13 f.) ergibt, wurde die vorliegende Geschwindigkeitsmessung mit Laser durchgeführt. Die Messdaten, das Datum, die Zeit und die Verkehrssituation wurden vom Messgerät mit gleichzeitiger Bilddokumentation der Messszene digital erfasst. Der Messapparat und das Bilddokumentationssystem wurden regelmässig gemäss den damals gültigen UVEK-Weisungen geeicht. Die entsprechenden Eichzertifikate liegen bei den Akten. Sie bescheinigen, dass die Messmittel gemäss den Eichvorschriften geprüft worden sind und den gesetzlichen Anforderungen entsprechen. Konkrete Anhaltspunkte für eine Manipulation der Geräte, der Messergebnisse, der Bilddokumentation sowie der Zuordnung der Messresultate zu den Fotografien bestehen nicht. Dass die Möglichkeit einer solchen Manipulation bloss theoretisch stets besteht, vermag die vorliegende Geschwindigkeitsmessung nicht in Frage zu stellen. Die Vorinstanz durfte deshalb ohne weiteres darauf abstellen. Inwiefern sie den Beschwerdeführer in diesem Zusammenhang mit einer Scheinbegründung "abgespiesen" haben soll, ist nicht ersichtlich. Unter diesen Umständen kann weder von Willkür noch von einer Verletzung des rechtlichen Gehörs die Rede sein.
1.3 Nach den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz werden die an einem Lichtmast befestigte Signalisationstafel "Höchstgeschwindigkeit 50 generell" beim Ortseingang Flüelen und der fragliche Strassenabschnitt von der bestehenden Strassenbeleuchtung genügend ausgeleuchtet. Die Signalisationstafel gelte daher nicht als unbeleuchtetes Signal. Die Vorinstanz stützt ihre Feststellungen auf die bei den Akten liegenden Fotografien. Diese vermitteln ein plastisches Bild der Strassenführung, der Strassenbeleuchtung, des Standorts des Signals sowie dessen Ausleuchtung durch die Strassenlampen. Entgegen der Ansicht des Beschwerdeführers kann ihnen zwanglos entnommen werden, dass das fragliche Signal durch die Strassenlampen, auch ohne zusätzliche Anstrahlung durch Fahrzeuglichter, hinreichend ausgeleuchtet wird und dadurch auch bei Dunkelheit rechtzeitig und leicht erkennbar ist. Konkrete Anhaltspunkte, dass die Strassenbeleuchtung zum Zeitpunkt der Messung nicht intakt oder ausgeschaltet war, bestehen keine. Die vorinstanzliche Beurteilung betreffend die genügende Ausleuchtung der Signalisation durch die Strassenbeleuchtung unter dem Gesichtspunkt der Sicht- und Erkennbarkeit des Signals ist mithin entgegen der in der Beschwerde (S. 6) vertretenen Ansicht keineswegs willkürlich.
2. Nach dem Dafürhalten des Beschwerdeführers beruht die vorinstanzliche Annahme der genügenden und vorschriftsgemässen Signalisation "Höchstgeschwindigkeit 50 generell" auf einem unrichtigen Verständnis von Art. 103 Abs. 4 SSV (Beschwerde, S. 5, 6 f).
2.1 Die in Frage stehende Signalisationstafel "Höchstgeschwindigkeit 50 generell" beim Ortsbeginn Flüelen ist an einem Lichtmast befestigt. Ihr Abstand vom Fahrbahnrand beträgt 3,5 m. Die Vorinstanz gelangt zum Schluss, dass aufgrund der Verkehrssicherheit für Radfahrer und Fussgänger ein Verlegen des Signalstandorts an den Strassenrand nicht möglich ist. Aufgrund der vorhandenen Baumbepflanzung könne das Signal auch nicht im Grünstreifen zwischen Strasse und Trottoir/ Radweg platziert werden (Signal würde durch Bäume verdeckt). Damit stehe fest, dass der Standort des Signals gesetzeskonform (insbesondere im Sinne von Art. 103 Abs. 4 SSV) sei.
2.2 <ref-law> schreibt vor, dass Signale und Markierungen sowie die Weisungen der Polizei befolgt werden müssen. Gemäss <ref-ruling> gilt diese Pflicht zur Befolgung von Signalen und Markierungen grundsätzlich unabhängig von der Anfechtbarkeit und allenfalls erfolgten Anfechtung der zugrunde liegenden Verfügung. Signale und Markierungen richten sich an eine Vielzahl von Strassenbenutzern. Diese müssen sich auf die Verkehrszeichen verlassen können. Eine allfällige Rechtswidrigkeit eines solchen Zeichens ist meist nicht erkennbar. Auch nicht gesetzeskonforme Geschwindigkeitsbeschränkungen sind daher in der Regel zu beachten. Die Verbindlichkeit vertrauensbegründender Verkehrszeichen findet ihre Grenze bei nichtigen Anordnungen. Nichtigkeit wird angenommen bei Anordnungen, deren Mangelhaftigkeit besonders schwer wiegt und offensichtlich oder zumindest leicht erkennbar ist (BGE a.a.O E. 4; <ref-ruling> E. 2b). Nach der Rechtsprechung vermögen Signale Fahrzeuglenker nur zu verpflichten, wenn sie so aufgestellt sind, dass sie leicht und rechtzeitig erkannt werden können (<ref-ruling> E. 4). Dabei ist als Massstab ein Fahrzeuglenker zu Grunde zu legen, der dem Strassenverkehr die notwendige und von ihm vernünftigerweise zu erwartende Aufmerksamkeit widmet. Fahrzeuglenker sind nicht gehalten, nach unzulässigerweise fernab von der Fahrbahn aufgestellten Signalen Ausschau zu halten (<ref-ruling>, s.a. Urteil 6B_261/2008 vom 19. August 2008 E. 1.3).
2.3 Dass die Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit auf 50 km/h als solche nach den örtlichen Verhältnissen unrechtmässig ist, ist nicht ersichtlich. Aufgrund der Akten ist erstellt, dass die dichte Überbauung in Flüelen Nord nach den verbindlichen Sachverhaltsfeststellungen der Vorinstanz (angefochtener Entscheid, S. 12) beim Sanitärgeschäft ehemals Brand und der Seilbahn beginnt, kurz durch den Gruonbach unterbrochen und unmittelbar danach durch das ganze Dorf weitergeführt wird (vgl. Situationsplan). Die Signalisation "Höchstgeschwindigkeit generell 50" beim Ortsbeginn Flüelen ist somit grundsätzlich gültig (vgl. Art. 22 Abs. 3 SSV). Der Beschwerdeführer vertritt jedoch die Auffassung, dass der Standort des Signals der Signalisationsverordnung widerspricht. Er macht geltend, dass der Ausnahmefall von Art. 103 Abs. 4 SSV nicht durch eine unzweckmässige Strassenrandbepflanzung erforderlich gemacht werden dürfe. Vielmehr müssten einzelne störende Bäume entfernt werden, bevor ein verpflichtendes Signal ca. 3,5 m neben der Strasse und ohne Wiederholung am linken Fahrbahnrand platziert werde (Beschwerde, 6). Wie es sich damit verhält, kann offen bleiben. Auch wenn dem Beschwerdeführer darin zugestimmt werden kann, dass ein Signal nicht nur wegen der Grünstreifenbepflanzung zwischen Strasse und Trottoir/Radweg 3,5 m vom Fahrbahnrand aufgestellt werden sollte und der konkrete Signalstandort von daher möglicherweise suboptimal ist, war bzw. ist die bestehende Signalisation (auch bei Nacht aufgrund der hinreichenden Ausleuchtung durch die Strassenlampen) jedenfalls leicht und rechtzeitig erkennbar. Es kann im Gegensatz zu <ref-ruling> keine Rede davon sein, dass der Beschwerdeführer nach fernab von der Fahrbahn aufgestellten Signalen Ausschau halten musste. Die Vorinstanz gelangt daher zu Recht zum Schluss, dass der Beschwerdeführer die Signalisation "Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit auf 50 km/h" leicht und rechtzeitig hätte erkennen können, wenn er die gebotene Aufmerksamkeit aufgebracht hätte. Der Beschwerdeführer war somit verpflichtet, die Signalisation zu beachten (vgl. auch Urteil 6S.21/2005 vom 3. Juni 2005 E. 2.3).
3. Der Beschwerdeführer macht geltend, nicht in rücksichtsloser, grob fahrlässiger Weise im Sinne von <ref-law> gehandelt zu haben (Beschwerde, S. 7 ff.).
3.1 Der qualifizierte Tatbestand der groben Verletzung von Verkehrsregeln im Sinne von <ref-law> ist objektiv erfüllt, wenn der Täter eine wichtige Verkehrsvorschrift in objektiv schwerer Weise missachtet und die Verkehrssicherheit ernstlich gefährdet. Eine ernstliche Gefahr für die Sicherheit anderer ist nicht erst bei einer konkreten, sondern bereits bei einer erhöhten abstrakten Gefährdung gegeben. Subjektiv erfordert der Tatbestand von <ref-law> ein rücksichtsloses oder sonst schwerwiegend verkehrswidriges Verhalten, d.h. ein schweres Verschulden, bei fahrlässigem Handeln mindestens grobe Fahrlässigkeit. Diese ist zu bejahen, wenn der Täter sich der allgemeinen Gefährlichkeit seiner verkehrswidrigen Fahrweise bewusst ist. Grobe Fahrlässigkeit kann aber auch vorliegen, wenn der Täter die Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer pflichtwidrig gar nicht in Betracht gezogen, also unbewusst fahrlässig gehandelt hat. In solchen Fällen ist grobe Fahrlässigkeit zu bejahen, wenn der Täter ein bedenkenloses Verhalten gegenüber fremden Rechtsgütern offenbart. Dieses kann auch in einem blossen (momentanen) Nichtbedenken der Gefährdung fremder Interessen bestehen (<ref-ruling> E. 3.2 S. 136 mit Hinweisen). Je schwerer dabei die Verkehrsregelverletzung objektiv wiegt, desto eher wird Rücksichtslosigkeit subjektiv zu bejahen sein, sofern keine besonderen Gegenindizien vorliegen (statt vieler Urteil 6B_563/2009 vom 20. November 2009 E. 1.4).
Nach der Rechtsprechung sind die objektiven und grundsätzlich auch die subjektiven Voraussetzungen der groben Verkehrsregelverletzung im Sinne von <ref-law> ungeachtet der konkreten Umstände zu bejahen, wenn die zulässige Höchstgeschwindigkeit innerorts um 25 km/h oder mehr überschritten wird (<ref-ruling> E. 3 S. 237 f.; <ref-ruling> E. 2c S. 112 f., je mit Hinweisen).
3.2 Der Innerortsbereich beginnt beim Signal "Ortsbeginn auf Hauptstrassen" (vgl. Art. 1 Abs. 4 SSV). Der Ortsbeginn Flüelen wird in Kombination mit dem Signal "Höchstgeschwindigkeit 50 generell" angezeigt. Die Signalisation ist bei gebotener Aufmerksamkeit leicht und rechtzeitig wahrnehmbar. Aufgrund der örtlichen Verhältnisse (Überbauungsdichte), die sich den Fotos und dem bei den Akten liegenden Situationsplan entnehmen lassen, ist die Axenstrasse nach der Dorfeinfahrt Flüelen insbesondere im Bereich der Messstelle gemäss den nachvollziehbaren tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz und entgegen der insoweit appellatorischen Kritik des Beschwerdeführers (Beschwerde, S. 8) optisch ohne weiteres als Innerortsstrecke erkennbar. Mit der Vorinstanz kann deshalb ausgeschlossen werden, dass der Beschwerdeführer gemeint haben könnte, sich nicht oder nicht mehr im Innerortsgebiet mit einer 50 km/h-Begrenzung zu befinden (vgl. angefochtenen Entscheid S. 15). Daran ändert auch nichts, dass das Ortsende-Schild Flüelen nicht mit einem "Ende der Höchstgeschwindigkeit 50 generell" kombiniert ist. Der Beschwerdeführer kann hieraus nicht ableiten, die Tempo-50-Signalisation sei bereits früher aufgehoben worden bzw. er habe sich in einem Innerortsbereich mit einer 60 km/h-Geschwindigkeitsbegrenzung befunden (Beschwerde, S. 9 ff.). Denn abgesehen davon, dass die beim Ortsbeginn Flüelen signalisierte Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit auf 50 km/h bei gebotener Vorsicht mühelos erkennbar ist und die gefahrene Strecke, insbesondere auch bei der Messstelle, Innerortscharakter aufweist, befand bzw. befindet sich die Messstelle vor dem signalisierten Ortsende von Flüelen (vgl. hierzu kantonale Akten, Berufungsschrift des Beschwerdeführers und Stellungnahme der Staatsanwaltschaft). Mit dem Überschreiten der signalisierten Höchstgeschwindigkeit von 50 km/h innerorts um 26 km/h missachtete der Beschwerdeführer mithin eine wichtige Verkehrsvorschrift in objektiv schwerer Weise und gefährdete er zumindest abstrakt auch die übrigen Verkehrsteilnehmer erheblich, zumal diese Gefährdung auf einer von diversen Verkehrsteilnehmern stark benutzten Strasse und unmittelbar vor einem Kreisel stattfand (angefochtenes Urteil, S. 15 mit Verweis unter anderem auf die Erwägung E. 4.1.3. im erstinstanzlichen Urteil). Besondere Umstände, welche die Geschwindigkeitsübertretung des Beschwerdeführers subjektiv in einem milderen Licht erscheinen liessen, sind damit im vorliegenden Fall nicht ersichtlich (vgl. Urteil 6B_563/2009 vom 20. November 2009 E. 1.4.2; PHILIPPE WEISSENBERGER, Kommentar zum Strassenverkehrsgesetz, Bundesgerichtspraxis, Zürich 2011, <ref-law>, Rz. 53, S. 454 ff.). Der Beschwerdeführer kann deshalb entgegen seiner Ansicht nichts aus dem zitierten Urteil 6B_109/2008 vom 13. Juni 2008 für sich ableiten. Die vorinstanzliche Beurteilung seines Verhaltens als grobfahrlässig im Sinne von <ref-law> ist nicht zu bestanden. Auf die zutreffenden Ausführungen im angefochtenen Urteil kann verwiesen werden (<ref-law>).
4. Da der Beschwerdeführer unterliegt, hat er die bundesgerichtlichen Kosten zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Uri, Strafrechtliche Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 5. September 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Arquint Hill