Sachverhalt:
A. Die Staatsanwaltschaft Zürich-Sihl erhob am 6. Juli 2011 Anklage gegen Y._ wegen fahrlässiger Körperverletzung im Sinne von <ref-law> und fahrlässiger grober Verkehrsregelverletzung im Sinne von Art. 90 Ziff. 2 i.V.m. <ref-law>. Der Anklage liegt folgender Sachverhalt zugrunde:
Y._ fuhr am 12. August 2009 um ca. 13.15 Uhr auf der Überholspur der Autobahn in Fahrtrichtung St. Gallen. Als aufgrund einer Baustelle der Abbau der Überholspur nach 500 Metern signalisiert wurde, fuhr sie zunächst auf der Überholspur weiter. Kurz vor dem ersten die Überholspur reduzierenden Leitbaken lenkte sie nach rechts ein, um dem in spitzem Winkel erfolgenden Übergang der Überholspur in die Normalspur zu folgen. Dabei kam es bei einer Geschwindigkeit von rund 60 km/h zu einer seitlichen Streifkollision mit dem auf der Normalspur fahrenden Personenwagen von X._. Durch die Kollision entstand an beiden Fahrzeugen Sachschaden. Nachdem sein Fahrzeug zum Stillstand gekommen war verlor X._ mutmasslich zufolge eines Schockzustands vorübergehend das Bewusstsein.
B. Das Bezirksgericht Winterthur sprach Y._ am 15. September 2011 vollumfänglich frei. Die Zivilforderungen von X._ (Schadenersatz und Genugtuung, je dem Grundsatz nach) verwies es auf den Zivilprozess.
Das Obergericht des Kantons Zürich bestätigte am 20. Februar 2012 das erstinstanzliche Urteil. Es führt zusammengefasst aus, eine Pflichtwidrigkeit von Y._ beim Wechsel des Fahrstreifens sei nicht rechtsgenügend erstellt. Nicht ausgeschlossen sei, dass sie das Überholmanöver (bis auf das Wiedereinbiegen) abschloss, X._ die Geschwindigkeit aber wieder erhöhte, weshalb ihr ein Wiedereinbiegen vor dem Abbau der Überholspur nicht rechtzeitig möglich war.
C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, den angefochtenen Entscheid aufzuheben und Y._ anklagegemäss schuldig zu sprechen bzw. die Sache zur entsprechenden Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Y._ sei zudem dem Grundsatz nach zu verpflichten, ihm den Schaden im Zusammenhang mit der Körperverletzung zu bezahlen.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer rügt eine willkürliche Beweiswürdigung.
1.1 Zur Beschwerde in Strafsachen ist nach <ref-law> berechtigt, wer vor der Vorinstanz am Verfahren teilgenommen hat oder keine Möglichkeit zur Teilnahme erhalten hat (lit. a) und ein rechtlich geschütztes Interesse an der Aufhebung oder Änderung des angefochtenen Entscheids hat (lit. b). Die Privatklägerschaft hat gemäss Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG ein rechtlich geschütztes Interesse an der Aufhebung oder Änderung des angefochtenen Entscheids, wenn dieser sich auf die Beurteilung ihrer Zivilansprüche auswirken kann. Als Privatklägerschaft gilt die geschädigte Person, die ausdrücklich erklärt, sich am Strafverfahren als Straf- oder Zivilklägerin zu beteiligen (<ref-law>). Geschädigt ist, wer durch die Straftat in seinen Rechten unmittelbar verletzt worden ist (<ref-law>).
1.2 Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG setzt im Falle eines Freispruchs grundsätzlich voraus, dass der Privatkläger, soweit zumutbar, seine Zivilansprüche aus strafbarer Handlung im Strafverfahren geltend gemacht hat (<ref-ruling> E. 1.3.1 mit Hinweisen). Erhebt er im Strafverfahren keine Zivilansprüche gegen den Beschuldigten, hat er in der Beschwerde an das Bundesgericht einerseits darzulegen, weshalb er dies unterliess, und andererseits darzutun, auf welchen Zivilanspruch sich der angefochtene Entscheid auswirken kann. Genügt die Beschwerde diesen Begründungsanforderungen nicht, ist darauf nicht einzutreten, es sei denn, die Antworten auf diese Fragen ergeben sich ohne Weiteres aus den Umständen des Falles (<ref-ruling> E. 1 mit Hinweisen). An dieser Rechtsprechung zum früheren Recht ist unter der am 1. Januar 2011 in Kraft getretenen Fassung von Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG festzuhalten (vgl. <ref-ruling> E. 1.3.1).
2. Nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung ist die bei einem Verkehrsunfall verletzte Person allein in Bezug auf die Straftat der fahrlässigen Körperverletzung unmittelbar beeinträchtigt, nicht jedoch hinsichtlich der vom anderen Verkehrsteilnehmer begangenen Straftaten der Verletzung von Verkehrsregeln oder des Fahrens in angetrunkenem Zustand (<ref-ruling> E. 3.1; <ref-ruling> E. 3a). Das Bundesgericht liess in dem zur Publikation vorgesehenen Urteil 1B_432/2011 vom 20. September 2012 offen, ob an dieser Rechtsprechung festzuhalten ist und die verletzte Person am Strafverfahren wegen grober Verkehrsregelverletzung folglich nicht als Geschädigte teilnehmen kann (a.a.O., E. 3.1.3). Es entschied jedoch, dass die Verkehrsregeln des SVG jedenfalls das Eigentum bzw. das Vermögen der Verkehrsteilnehmer nur mittelbar schützen. Der Kollisionsbeteiligte, der bloss Sachschaden erlitten hat, ist im Strafverfahren gegen den Schädiger wegen Verkehrsregelverletzung daher nicht Geschädigter im Sinne von Art. 115 und Art. 118 StPO. Entsprechend fehlt ihm die Legitimation zur Beschwerde in Strafsachen gemäss Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG (Urteil 1B_432/2011 vom 20. September 2012 E. 2-4, zur Publikation vorgesehen; vgl. auch das Urteil 1B_389/2012 vom 10. Oktober 2012).
Allfällige Zivilansprüche des Beschwerdeführers aus dem in der Anklage erwähnten Sachschaden begründen keine Beschwerdelegitimation im Sinne von Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG. Gegenteiliges wird vom Beschwerdeführer auch nicht behauptet.
3. Der Beschwerdegegnerin 2 wird in der Anklage nebst der groben Verkehrsregelverletzung im Sinne von <ref-law> auch fahrlässige Körperverletzung zum Nachteil des Beschwerdeführers vorgeworfen, da dieser vorübergehend das Bewusstsein verloren habe.
Der Beschwerdeführer macht im Zusammenhang mit der angeklagten Körperverletzung keine Zivilforderungen geltend, sondern beschränkt sich darauf, ohne Begründung deren Anerkennung im Grundsatz zu beantragen. Er zeigt in seiner Beschwerde auch nicht auf, unter welchem Titel er solche Zivilansprüche gegen die Beschwerdegegnerin 2 zu erheben gedenkt, und weshalb er es unterliess, den behaupteten Schadenersatz- und Genugtuungsanspruch im Strafverfahren zu beziffern. Dies ist auch nicht ohne Weiteres ersichtlich. Die Beschwerdelegitimation im Sinne von Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG ist auch in dieser Hinsicht zu verneinen (oben E. 1.2).
4. 4.1 Die Vorinstanz geht davon aus, der vorübergehende Bewusstseinsverlust des Beschwerdeführers komme einem krankhaften Zustand gleich (Urteil S. 6). Insoweit hat dieser als Geschädigter im Sinne von Art. 115 Abs. 1 und <ref-law> zu gelten. Ist der Beschwerdeführer im kantonalen Verfahren Partei, fehlt es ihm aber an der Beschwerdelegitimation im Sinne von Art. 81 Abs. 1 lit. b Ziff. 5 BGG, kann er mit der Beschwerde in Strafsachen ungeachtet seiner Legitimation in der Sache selber eine Verletzung seiner Parteirechte rügen, die ihm nach dem Verfahrensrecht, der Bundesverfassung oder der EMRK zustehen und deren Missachtung auf eine formelle Rechtsverweigerung hinausläuft. Zulässig sind Rügen, die formeller Natur sind und von der Prüfung der Sache getrennt werden können. Das nach <ref-law> erforderliche rechtlich geschützte Interesse ergibt sich diesfalls aus der Berechtigung, am Verfahren teilzunehmen (<ref-ruling> E. 1.9; <ref-ruling> E. 1.4; Urteil 1B_432/2011 vom 20. September 2012 E. 5, zur Publikation vorgesehen).
4.2 Eine formelle Rechtsverweigerung im erwähnten Sinne macht der Beschwerdeführer nicht geltend. Die gerügte Verweigerung des rechtlichen Gehörs bzw. die Verletzung der Begründungspflicht (Beschwerde Ziff. 3 S. 3) zielt im Ergebnis auf eine materielle Prüfung des angefochtenen Entscheids ab. Auf eine solche hat der in der Sache selbst nicht legitimierte Beschwerdeführer keinen Anspruch (vgl. BGE <ref-ruling> E. 1.4 mit Hinweisen).
5. Auf die Beschwerde ist nicht einzutreten. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Auf die Beschwerde wird nicht eingetreten.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 1'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 12. November 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Unseld