Sachverhalt:
A. X._ wird vorgeworfen, von Ende Februar/Anfang März 2010 bis zum 16. März 2010 von einem Unbekannten ca. 70 Gramm Kokaingemisch entgegengenommen, davon einer Arbeitskollegin kleine Mengen abgegeben und den Rest in seiner Wohnung aufbewahrt zu haben.
B. Das Bezirksgericht Winterthur sprach X._ am 20. April 2011 der qualifizierten Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und der Widerhandlung gegen das Bundesgesetz über Aufenthalt und Niederlassung der Ausländer (ANAG) schuldig. Es verurteilte ihn zu einer bedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von 13 Monaten, unter Anrechnung der erstandenen Untersuchungshaft von 130 Tagen, und zu einer bedingt vollziehbaren Geldstrafe von 60 Tagessätzen zu Fr. 30.--, bei einer Probezeit von zwei Jahren.
C. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ auf dessen Berufung hin am 10. November 2011 der qualifizierten Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz schuldig. Auf die Anklage betreffend Widerhandlung gegen das ANAG trat es nicht ein. Es bestrafte ihn mit einer bedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von 13 Monaten, unter Anrechnung der erstandenen Untersuchungshaft, bei einer Probezeit von zwei Jahren.
D. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, die Dispositiv-Ziffern 1 und 2 (Qualifizierung als schwerer Fall und Strafpunkt) des Urteils des Obergerichts des Kantons Zürich seien aufzuheben. Er sei lediglich der einfachen Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz schuldig zu sprechen und mit einer bedingt vollziehbaren Geldstrafe von höchstens 180 Tagessätzen zu Fr. 10.-- zu bestrafen. Zudem ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung.

Erwägungen:
1. 1.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, es liege keine qualifizierte Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz im Sinne von aArt. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG vor. Er rügt die vorinstanzliche Beurteilung des Reinheitsgrads der ihm zur Last gelegten Menge Kokaingemisch. Dessen Zusammensetzung sei nicht untersucht worden, weshalb der Reinheitsgrad von 50 % nicht erwiesen sei. Es könne nicht vom Handel mit durchschnittlicher Qualität oder vom Durchschnittswert beim Zwischenhandel ausgegangen werden. Denn mit Ausnahme der Tatsache, dass er 70 Gramm auf einmal bezogen habe, lägen keine Indizien vor, die gemäss bundesgerichtlicher Rechtsprechung eine solche Vorgehensweise rechtfertigen würden. Die Vorinstanz verletze den Grundsatz "in dubio pro reo" als Beweislast- und als Beweiswürdigungsregel. In Anwendung dieser Maxime hätte sie von dem für ihn günstigsten Fall ausgehen und auf den tiefsten Wert bei der Menge 1-10 Gramm der Betäubungsmittelstatistik der Gruppe Forensische Chemie der Schweizerischen Gesellschaft für Rechtsmedizin (nachfolgend: Statistik der SGRM) für das Jahr 2010 abstellen müssen. Dieser betrage 19 %. Mithin belaufe sich die Menge an reinem Kokain auf 13,3 Gramm, weshalb kein mengenmässig schwerer Fall gegeben sei (Beschwerde S. 6-8 Ziff. 3).
1.2 Die Vorinstanz erwägt, mit Hinweis auf die Ausführungen der ersten Instanz, die Betäubungsmittel seien hinsichtlich ihres Reinheitsgrads nicht untersucht worden. Die erste Instanz stütze sich diesbezüglich auf die Angaben im Bericht der Kantonspolizei Zürich vom 19. Juli 2010, der sich zum Reinheitsgrad des in letzter Zeit sichergestellten Kokains äussere. Danach weise es beim Import in die Schweiz einen Reinheitsgrad von 75-95 % auf. Für den Zwischenverkauf werde es auf einen Grad von ca. 50-60 % gestreckt und gelange letztlich mit einem Reinheitsgehalt von ca. 25-60 % zum Endabnehmer (Urteil S. 8 f. E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 5 f. E. 2.1 f.).
Die Vorinstanz erachtet diesen Bericht indessen als nicht verwertbar. In Übereinstimmung mit der ersten Instanz nimmt sie gleichwohl an, es sei zu Gunsten des Beschwerdeführers von einem Reinheitsgrad von ca. 50 % auszugehen (Urteil S. 11). Vorliegend seien Durchschnittswerte heranzuziehen. Der Beschwerdeführer sei kein Endabnehmer sondern ein Zwischenhändler, da er gemäss eigenen Angaben keine illegalen Drogen konsumiere und eine nicht unbeachtliche Menge Kokaingemischs, ursprünglich zwecks Weiterverkaufs, aufbewahrt habe (Urteil S. 10). Hinzu kämen die glaubhaften Aussagen von A._, wonach der Beschwerdeführer generell nur Einheiten von mindestens 5 Gramm Kokain verkaufe, was keine Mengen seien, die an Endabnehmer verkauft würden (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 8 E. 4.1). Dass der Beschwerdeführer ein Zwischenhändler sei, stelle einen zusätzlichen Anhaltspunkt dar, der gegen eine unterdurchschnittliche Reinheit spreche (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 9 E. 4.2). Das Kokaingemisch sei in Fingerlingen verpackt gewesen. Auf Vorhalt einer Fotografie von typischen Transportfingerlingen habe der Beschwerdeführer bestätigt, seine hätten etwa gleich ausgesehen. Es widerspreche jeglicher Praxis, dass für den Inlandhandel gestrecktes Kokain wiederum in solche Fingerlinge verpackt werde. Handelsüblicher seien die sog. Kügeli, die sich aber in Form und Grösse deutlich von den in Frage stehenden Fingerlingen unterscheiden würden (Urteil S. 9 f.). Ausserdem habe der Beschwerdeführer nicht geltend gemacht, er habe das erworbene Kokain gestreckt und wieder in Fingerlinge abgepackt. Damit habe es nach wie vor jenen Reinheitsgrad aufgewiesen, den es beim Erwerb gehabt habe (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 9 E. 4.3). Es sei gerichtsnotorisch, dass wegen der häufigsten Transportart solcher Fingerlinge (im Bauch resp. Darm) aufgrund der begrenzten "Lagerungskapazität" jeweils ein hoher Reinheitsgehalt bestehe. Gemäss Statistik der SGRM betrage der Mittelwert an Cocain-Hydrochlorid bei sichergestellten Mengen zwischen 100-1000 Gramm (der üblichen Transportmenge bei Fingerlingen) im Jahr 2010 53 % (Urteil S. 10). Selbst wenn auf den Mittelwert bei der Menge eines Fingerlings [Konfiskatgrösse 1<10] abgestellt würde, müsse immer noch ein Wert von 35 % angenommen werden. Diesfalls belaufe sich das Cocain-Hydrochlorid bei sieben Fingerlingen zu 10 Gramm auf 24,5 Gramm. Auch bei Berücksichtigung der Standardabweichung von 19 %, läge die Gesamtmenge von 19,84 Gramm Cocain-Hydrochlorid über dem Grenzwert von 18 Gramm reinem Kokain. Auch bei Annahme aller günstigsten Faktoren sei die Grenze zum mengenmässig schweren Fall überschritten. Angesichts der Art der Verpackung der Fingerlinge müsse aber richtigerweise von einem Reinheitsgehalt von mindestens 50 % ausgegangen werden, selbst bei Berücksichtigung der Standardabweichung von 24 %. Denn jegliche Praxis zeige, dass der Reinheitsgehalt des in Fingerlingen verpackten Kokains weit höher liege als bei 50 % (Urteil S. 11).
Die Vorinstanz erachtet diesen Bericht indessen als nicht verwertbar. In Übereinstimmung mit der ersten Instanz nimmt sie gleichwohl an, es sei zu Gunsten des Beschwerdeführers von einem Reinheitsgrad von ca. 50 % auszugehen (Urteil S. 11). Vorliegend seien Durchschnittswerte heranzuziehen. Der Beschwerdeführer sei kein Endabnehmer sondern ein Zwischenhändler, da er gemäss eigenen Angaben keine illegalen Drogen konsumiere und eine nicht unbeachtliche Menge Kokaingemischs, ursprünglich zwecks Weiterverkaufs, aufbewahrt habe (Urteil S. 10). Hinzu kämen die glaubhaften Aussagen von A._, wonach der Beschwerdeführer generell nur Einheiten von mindestens 5 Gramm Kokain verkaufe, was keine Mengen seien, die an Endabnehmer verkauft würden (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 8 E. 4.1). Dass der Beschwerdeführer ein Zwischenhändler sei, stelle einen zusätzlichen Anhaltspunkt dar, der gegen eine unterdurchschnittliche Reinheit spreche (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 9 E. 4.2). Das Kokaingemisch sei in Fingerlingen verpackt gewesen. Auf Vorhalt einer Fotografie von typischen Transportfingerlingen habe der Beschwerdeführer bestätigt, seine hätten etwa gleich ausgesehen. Es widerspreche jeglicher Praxis, dass für den Inlandhandel gestrecktes Kokain wiederum in solche Fingerlinge verpackt werde. Handelsüblicher seien die sog. Kügeli, die sich aber in Form und Grösse deutlich von den in Frage stehenden Fingerlingen unterscheiden würden (Urteil S. 9 f.). Ausserdem habe der Beschwerdeführer nicht geltend gemacht, er habe das erworbene Kokain gestreckt und wieder in Fingerlinge abgepackt. Damit habe es nach wie vor jenen Reinheitsgrad aufgewiesen, den es beim Erwerb gehabt habe (Urteil S. 8 E. 3.1.2; erstinstanzliches Urteil S. 9 E. 4.3). Es sei gerichtsnotorisch, dass wegen der häufigsten Transportart solcher Fingerlinge (im Bauch resp. Darm) aufgrund der begrenzten "Lagerungskapazität" jeweils ein hoher Reinheitsgehalt bestehe. Gemäss Statistik der SGRM betrage der Mittelwert an Cocain-Hydrochlorid bei sichergestellten Mengen zwischen 100-1000 Gramm (der üblichen Transportmenge bei Fingerlingen) im Jahr 2010 53 % (Urteil S. 10). Selbst wenn auf den Mittelwert bei der Menge eines Fingerlings [Konfiskatgrösse 1<10] abgestellt würde, müsse immer noch ein Wert von 35 % angenommen werden. Diesfalls belaufe sich das Cocain-Hydrochlorid bei sieben Fingerlingen zu 10 Gramm auf 24,5 Gramm. Auch bei Berücksichtigung der Standardabweichung von 19 %, läge die Gesamtmenge von 19,84 Gramm Cocain-Hydrochlorid über dem Grenzwert von 18 Gramm reinem Kokain. Auch bei Annahme aller günstigsten Faktoren sei die Grenze zum mengenmässig schweren Fall überschritten. Angesichts der Art der Verpackung der Fingerlinge müsse aber richtigerweise von einem Reinheitsgehalt von mindestens 50 % ausgegangen werden, selbst bei Berücksichtigung der Standardabweichung von 24 %. Denn jegliche Praxis zeige, dass der Reinheitsgehalt des in Fingerlingen verpackten Kokains weit höher liege als bei 50 % (Urteil S. 11).
1.3 1.3.1 Die seit dem 1. Juli 2011 revidierten Bestimmungen (insbesondere <ref-law>; SR 812.121) sind nicht milder, weshalb das alte Recht anzuwenden ist (<ref-law>).
In schweren Fällen einer Widerhandlung nach aArt. 19 Ziff. 1 BetmG ist die Strafe Freiheitsstrafe nicht unter einem Jahr, womit eine Geldstrafe verbunden werden kann (aArt. 19 Ziff. 1 Abs. 9 Satz 2 BetmG). Ein schwerer Fall liegt insbesondere vor, wenn der Täter weiss oder annehmen muss, dass sich die Widerhandlung auf eine Menge von Betäubungsmitteln bezieht, welche die Gesundheit vieler Menschen in Gefahr bringen kann (aArt. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG). Enthält das Kokaingemisch mindestens 18 Gramm reinen Wirkstoff, ist die Grenze zu aArt. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG überschritten (<ref-ruling> E. 2a S. 338 mit Hinweisen; <ref-ruling> E. 3b).
Hinsichtlich der Menge des reinen Drogenwirkstoffs besteht ein Beweisproblem, wenn keine Betäubungsmittel sichergestellt wurden. Man darf aber vernünftigerweise davon ausgehen, dass die Drogen mittlerer Qualität sind, solange es keine Hinweise auf eine besonders reine oder gestreckte Substanz gibt (Urteil 6B_509/2011 vom 13. Februar 2012 E. 3.5 mit Hinweisen, zur Publikation bestimmt; BERNARD CORBOZ, La jurisprudence du Tribunal fédéral concernant les infractions à la loi fédérale sur les stupéfiants, in: SJ 1999, Band II, S. 10 lit. b). In dem vom Beschwerdeführer zitierten Urteil hielt das Bundesgericht fest, es verletze weder das Willkürverbot noch die Unschuldsvermutung, beim Reinheitsgehalt von der durchschnittlichen Qualität des Stoffs auszugehen, wenn dafür zusätzliche Indizien vorlägen. Im konkreten Fall waren dies die Höhe des Verkaufspreises, der mehrmalige Bezug des gleichen Abnehmers und der Umstand, dass sich keine Abnehmer über die Qualität beschwert hatten. Ausserdem liege beim Zwischenhandel ein Handel mit durchschnittlicher Qualität nahe (Urteil 6B_892/2010 vom 22. Dezember 2010 E. 1.4 mit Hinweis auf Urteil 1P.22/1994 vom 3. Juni 1994 E. 3).
1.3.2 Die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1, vgl. auch Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG). Offensichtlich unrichtig ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (<ref-ruling> E. 2.4 S. 314 mit Hinweis; zum Begriff der Willkür <ref-ruling> E. 4.2 mit Hinweisen). Auf eine rein appellatorische Kritik am angefochtenen Entscheid tritt das Bundesgericht nicht ein (<ref-ruling> E. 4.2.3 S. 5 mit Hinweis).
1.3.3 Dem Grundsatz "in dubio pro reo" kommt in der vom Beschwerdeführer angerufenen Funktion als Beweiswürdigungsregel im Verfahren vor dem Bundesgericht keine über das Willkürverbot von <ref-law> hinausgehende selbstständige Bedeutung zu (vgl. <ref-ruling> E. 2a S. 41; <ref-ruling> E. 2a; je mit Hinweisen).
1.4 Die Rüge der Verletzung des Grundsatzes "in dubio pro reo" als Beweislastregel ist unbegründet. Aus dem angefochtenen Urteil ergibt sich nicht, dass die Vorinstanz von der unrichtigen Überzeugung ausgeht, der Beschwerdeführer habe seine Unschuld bzw. einen tieferen Reinheitsgrad des Kokaingemischs zu beweisen, und dass sie ihn der qualifizierten Widerhandlung gegen das BetmG schuldig spricht, weil ihm dieser Beweis misslang. Sie auferlegt ihm offenkundig nicht die Beweislast (siehe <ref-ruling> E. 2a S. 40 f.; <ref-ruling> E. 2a S. 88; je mit Hinweisen).
1.5 Die weiteren Vorbringen des Beschwerdeführers gehen an der Sache vorbei oder sind unbegründet. Der Reinheitsgehalt der von ihm aufbewahrten Betäubungsmittel konnte nicht bestimmt werden. Im Lichte der vorliegenden Umstände stellt die Vorinstanz daher zu Recht auf Durchschnittswerte ab. Davon scheint auch der Beschwerdeführer auszugehen, soweit er seine Rügen mit den statistischen Werten der SGRM begründet, obwohl er ebenso vorträgt, es sei nicht zulässig mit Durchschnittszahlen zu operieren (Beschwerde S. 7 Ziff. 3.5). Mit der umfangreichen Beweiswürdigung der Vorinstanz hinsichtlich der Einstufung des Beschwerdeführers als Zwischenhändler setzt sich dieser nicht substanziiert auseinander. Insbesondere gelangt die Vorinstanz entgegen dessen Behauptung keineswegs nur gestützt auf den Umstand, dass er 70 Gramm auf einmal bezogen hat, zu diesem Schluss. Seine Einwände sind unbehelflich, da die Vorinstanz im Unterschied zur ersten Instanz den Reinheitsgrad nicht gemäss dem Wert beim Zwischenhandel laut Bericht der Kantonspolizei Zürich bestimmt. Sie erachtet diesen Bericht als nicht verwertbar. Es ist weiter nicht zu beanstanden, dass sie insbesondere aufgrund der Verpackung des vom Beschwerdeführer aufbewahrten Kokaingemischs in (Transport-)Fingerlingen davon ausgeht, dieses habe den gleichen Reinheitsgrad wie beim Import in die Schweiz aufgewiesen. Mit dem Argument, es sei nicht ausgeschlossen, dass mehrfach gestrecktes Kokain in Fingerlinge verpackt werde (Beschwerde S. 7 Ziff. 3.4), legt der Beschwerdeführer lediglich seine Sicht der Dinge dar und vermag keine Willkür aufzuzeigen. Soweit er geltend macht, die Vorinstanz hätte von dem für ihn günstigsten Fall ausgehen und auf den Reinheitsgrad von 19 % gemäss SGRM abstellen müssen, geht sein Vorbringen fehl. Zum einen verkennt er, dass es sich bei den 19 % nicht um den Mittelwert bei den Einzelkonfiskatgrössen von 1<10 handelt, sondern um die Standardabweichung in solchen Fällen. Zum anderen legt die Vorinstanz zutreffend dar, dass sich selbst bei Abstellen auf den Mittelwert bei dieser Konfiskatgrösse von 35 % unter Berücksichtigung der Standardabweichung die Menge an reinem Kokain auf 19,84 Gramm belaufen und somit über der Grenze zum mengenmässig schweren Fall liegen würde.
Insgesamt zeigt der Beschwerdeführer nicht auf, dass und inwiefern die vorinstanzliche Beweiswürdigung schlechterdings nicht mehr vertretbar sein sollte.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Strafzumessung. Er macht geltend, die Vorinstanz berücksichtige zu Unrecht gewisse strafmindernde Faktoren nicht, wie seine persönlichen Verhältnisse, seine untergeordnete hierarchische Stellung oder den Umstand, dass er vom Verkauf der Drogen abgesehen und diese von sich aus zurückgegeben habe. Sodann beziehe sie sein vollumfängliches Geständnis nicht genügend strafmindernd mit ein. Daher erweise sich die von der Vorinstanz ausgefällte Freiheitsstrafe von 13 Monaten als zu hoch. Angemessen sei eine Geldstrafe von 180 Tagessätzen zu Fr. 10.-- (Beschwerde S. 8 f. Ziff. 4).
2.2 Soweit sich der Beschwerdeführer zur Strafzumessung im Hinblick auf die Änderung des Schuldspruchs von qualifizierter auf einfacher Widerhandlung gegen das BetmG äussert, kann sein Vorbringen nicht gehört werden. Es bleibt beim vorinstanzlichen Schuldspruch.
Sodann ist auf die Beschwerde nicht einzutreten, soweit der Beschwerdeführer den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz lediglich eigene Behauptungen oder seine Sicht der Dinge gegenüberstellt (E. 1.3.2 hiervor). Dies ist der Fall, wenn er ausführt, er habe nicht aus finanziellen Gründen gehandelt, da er die Drogen zurückgegeben habe, oder wenn er vorbringt, er habe sie von sich aus retourniert und nicht, weil er wegen der Strafanzeige wegen Vergewaltigung keinen Käufer mehr habe finden können (Beschwerde S. 8 Ziff. 4.1).
2.3 Die Grundsätze der Strafzumessung hat das Bundesgericht wiederholt dargelegt (<ref-ruling> E. 5.4 ff.; <ref-ruling> E. 5.3.1; je mit Hinweisen).
2.4 Die Vorinstanz verweist bei der Bemessung der Strafe weitgehend auf die entsprechenden Erwägungen der ersten Instanz und nimmt einige Änderungen sowie Ergänzungen vor. Sie setzt sich mit den wesentlichen schuldrelevanten Komponenten auseinander und würdigt sämtliche Zumessungsfaktoren zutreffend. Dass sie sich von unmassgeblichen Gesichtspunkten hätte leiten lassen oder wesentliche Aspekte nicht berücksichtigt hätte, ist nicht ersichtlich. Auf ihre Ausführungen kann verwiesen werden (<ref-law>; Urteil S. 15 ff.; erstinstanzliches Urteil S. 11 ff.).
Inwiefern beim Beschwerdeführer von einer untergeordneten Stellung innerhalb der Hierarchie im Drogenhandel gesprochen werden kann, ist nicht ersichtlich, zumal ihn die Vorinstanz willkürfrei als Zwischenhändler einstuft. Im Übrigen ist bei Personen, die auf einer niedrigeren Hierarchiestufe tätig sind, nicht zwingend eine Strafminderung vorzunehmen (Urteil 6B_286/2011 vom 29. August 2011 E. 3.4.1).
Hinsichtlich der persönlichen Verhältnisse erwägt die Vorinstanz - unter Hinweis auf die Ausführungen der ersten Instanz -, aus diesen gehe für die Strafzumessung nichts Relevantes hervor. Der Beschwerdeführer sei in seiner Heimat zusammen mit den Geschwistern aufgewachsen. Er sei nicht vorbestraft, gehe einer Erwerbstätigkeit nach und habe zwei Töchter (Urteil S. 16; erstinstanzliches Urteil S. 12 E. 3.2). Es ist nicht zu beanstanden, dass die Vorinstanz diese Verhältnisse als neutral bewertet. Insbesondere weist sie zu Recht darauf hin, dass die Vorstrafenlosigkeit im Regelfall nicht strafmindernd zu berücksichtigen ist (Urteil S. 17 f.; <ref-ruling>).
Die Vorinstanz berücksichtigt das vom Beschwerdeführer abgelegte Geständnis leicht strafmindernd. Sie erwägt, er habe den Vorwurf der Widerhandlung gegen das BetmG zu Beginn immer bestritten und ihn erst spät im Untersuchungsverfahren anerkannt. Sein Geständnis habe die Untersuchung daher weder beschleunigt noch erleichtert (Urteil S. 17). Diese Ausführungen sind schlüssig. Die Vorinstanz gewichtet das Geständnis nicht in Überschreitung oder Missbrauch ihres Ermessens falsch (hierzu <ref-ruling> E. 5.6 S. 61 mit Hinweis). Geständnisse können zwar strafmindernd berücksichtigt werden, namentlich wenn sie Ausdruck von Einsicht und Reue des Täters sind. Ein Verzicht auf Strafreduktion kann sich indes aufdrängen, wenn das Geständnis die Strafverfolgung nicht erleichtert hat, weil der Täter z.B. nur aufgrund einer erdrückenden Beweislage geständig war (Urteil 6B_473/2011 vom 13. Oktober 2011 E. 5.4 mit Hinweisen). Die Beschwerde erweist sich in diesem Punkt als unbegründet.
Die von der Vorinstanz ausgefällte Freiheitsstrafe von 13 Monaten hält sich auch bei einer Gesamtbetrachtung innerhalb des sachrichterlichen Ermessens und ist nicht zu beanstanden.
3. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung ist ebenfalls abzuweisen, da die Beschwerde von vornherein aussichtslos war (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG). Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>). Seiner finanziellen Lage ist bei der Bemessung der Gerichtsgebühr Rechnung zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf eingetreten wird.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 19. April 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Pasquini