Sachverhalt:
A. X._ fuhr am 7. Mai 2010 um ca. 10.40 Uhr mit seinem Personenwagen auf der Autobahn A9 in Richtung Visp (VS). In Brig-Glis (VS) wurde er bei einer Geschwindigkeitskontrolle mit 144 km/h gemessen. Nach Abzug der technisch bedingten Sicherheitsmarge von 4 km/h verblieb eine Überschreitung der erlaubten Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h um 40 km/h.
B. Mit Entscheid des Bezirksgerichts Brig vom 7. Februar 2011 wurde X._ der groben Verletzung der Verkehrsregeln durch Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit schuldig gesprochen und zu einer bedingten Geldstrafe von 25 Tagessätzen zu Fr. 320.-- bei einer Probezeit von drei Jahren verurteilt. Zudem auferlegte ihm das Bezirksgericht eine Busse in der Höhe von Fr. 1'300.--.
Das Kantonsgericht Wallis bestätigte im Berufungsverfahren am 15. Dezember 2011 den erstinstanzlichen Schuldspruch und die ausgefällte Geldstrafe. Diese sprach es unbedingt aus.
C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Kantonsgerichts Wallis sei aufzuheben. Er sei vom Vorwurf der groben Verkehrsregelverletzung freizusprechen und wegen einfacher Verletzung der Verkehrsregeln zu bestrafen.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer macht eine willkürliche Sachverhaltsfeststellung geltend (<ref-law>; Beschwerde S. 4 ff.).
1.1 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 (<ref-law>; vgl. auch Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG). Offensichtlich unrichtig im Sinne von <ref-law> ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (<ref-ruling> E. 4.2 S. 234 mit Hinweisen; vgl. zum Begriff der Willkür <ref-ruling> E. 7.1 S. 51; <ref-ruling> E. 4.2 S. 560; je mit Hinweisen).
Wird die Verletzung von Grundrechten (einschliesslich der willkürlichen Anwendung von kantonalem Recht und Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung) gerügt, gelten qualifizierte Anforderungen an die Begründung. Eine solche Rüge prüft das Bundesgericht nicht von Amtes wegen, sondern nur, wenn sie in der Beschwerde vorgebracht und substanziiert begründet worden ist. Das bedeutet, dass klar und detailliert anhand der Erwägungen des angefochtenen Entscheids darzulegen ist, inwiefern verfassungsmässige Rechte verletzt worden sein sollen (<ref-law>; <ref-ruling> E. 4.2.3 S. 5; <ref-ruling> E. 1.3.1 S. 68; je mit Hinweisen).
1.2 Die inkriminierte Geschwindigkeitsüberschreitung um 40 km/h ist unbestritten. Sie wurde rund 130 Meter nach der Ausfahrt aus dem Gamsentunnel gemessen. Die erlaubte Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h war nach den vorinstanzlichen Feststellungen vor dem Gamsentunnel, im Tunnel und rund 200 Meter nach der Tunnelausfahrt signalisiert (aus der Fahrtrichtung des Beschwerdeführers Brig-Visp betrachtet).
Die Vorinstanz stellt fest, der Beschwerdeführer habe das entsprechende Signal vor der Einfahrt in den Tunnel gesehen und die maximale Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h wahrgenommen. Er habe demnach um die Geschwindigkeitsbeschränkung gewusst. Dies decke sich auch mit seiner eigenen Aussage, wonach er erst nach der Tunnelausfahrt beschleunigt habe. Der Beschwerdeführer habe wegen eines geschäftlichen Termins in Saas-Fee unter Zeitdruck gestanden. Ihm sei zuzugestehen, dass er bei der Tunnelausfahrt die in einer Entfernung von rund 200 Metern angebrachte Signalisation "Höchstgeschwindigkeit 100 km/h" nicht sofort abzulesen vermocht habe. Selbst wenn diese Schilder die Aufhebung der "Höchstgeschwindigkeit 100 km/h" signalisiert hätten, wäre der Beschwerdeführer nicht berechtigt gewesen, bereits vor dieser Signalisation mit massiv übersetzter Geschwindigkeit zu fahren (Entscheid S. 11 ff.).
1.3 Das Bundesgericht ist keine Appellationsinstanz, die eine freie Prüfung in rechtlicher und tatsächlicher Hinsicht vornimmt. Insbesondere reicht für die Rüge einer willkürlichen Beweiswürdigung nicht aus, wenn der Beschwerdeführer zum Beweisergebnis wie in einem appellatorischen Verfahren frei plädiert und darlegt, wie seiner Auffassung nach die vorhandenen Beweise richtigerweise zu würdigen gewesen wären. Dies trifft etwa betreffend den Verweis auf seine Aussagen anlässlich der polizeilichen Anhaltung vom 7. Mai 2010 sowie auf die im kantonalen Verfahren eingereichten Fotos zu. Dieses appellatorische Vorbringen vermag keine Willkür darzutun. Zudem ist seine Argumentation teilweise widersprüchlich. Der Beschwerdeführer zitiert seine Eingabe vom 1. Juli 2010 im kantonalen Verfahren, wonach er von einer Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h ausgegangen und die Signalisation auf Grund der Sonneneinstrahlung nicht erkennbar gewesen sei. Diese Behauptung bezog sich auf die Signale vor dem Tunnel (vorinstanzliche Akten pag. 6). Gleichzeitig und im Gegensatz dazu räumt er vor Bundesgericht ein, die Geschwindigkeitsbeschränkung vor der Tunneleinfahrt gekannt zu haben. Soweit er in Bezug auf seine Aussagen vom 7. Mai 2010 zudem anführt, er habe diese nicht unterschriftlich bestätigt, ist sein Vorbringen aktenwidrig (vorinstanzliche Akten pag. 3).
Ebenso wenig überzeugt, was der Beschwerdeführer zu den tatsächlichen Feststellungen unter dem Titel "zur Erkennbarkeit der Geschwindigkeitssignalisation" geltend macht (Beschwerde S. 7 ff.). Er argumentiert, die Sonne habe direkt auf die Verkehrsschilder (nach der Tunnelausfahrt) geschienen. Diese seien entgegen Art. 103 Abs. 2 der Signalisationsverordnung vom 5. September 1979 (SSV; SR 741.21) nicht erkennbar gewesen. Deshalb habe er die fortdauernde Geschwindigkeitsbeschränkung nicht sehen können, und er sei davon ausgegangen, dass die Tempobeschränkung wieder aufgehoben worden sei. Die Rüge geht, soweit sie überhaupt tatsächliche Feststellungen betrifft, an der Sache vorbei. Die Vorinstanz billigt dem Beschwerdeführer zu, er habe die Signalisation "Höchstgeschwindigkeit 100 km/h" nach der Tunnelausfahrt "nicht sofort" abzulesen vermögen. Ob und gegebenenfalls ab welchem Zeitpunkt diese Signale für den Beschwerdeführer erkennbar waren, stellt die Vorinstanz nicht fest. Dies kann jedoch dahingestellt bleiben (E. 2 nachfolgend). Gemäss den vorinstanzlichen Feststellungen wusste der Beschwerdeführer um die zulässige Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h, als er den Tunnel befuhr und ebenso, als er aus diesem herausfuhr (Entscheid S. 14). Soweit der Beschwerdeführer (dessen Geschwindigkeit vor der erneuten Signalisation erfasst wurde) in Abweichung davon einen Sachverhaltsirrtum im Sinne von <ref-law> geltend macht und vorbringt, er habe gemeint, er "befinde sich nicht mehr in einem Bereich mit reduzierter Höchstgeschwindigkeit", vermag er keine Willkür darzutun. Daran ändert seine Behauptung, am fraglichen Morgen emotional aufgewühlt gewesen zu sein, nichts.
Der Beschwerdeführer macht schliesslich geltend, die Vorinstanz stelle den Sachverhalt offensichtlich unrichtig fest. Sie gehe mit "starren und weltfremden" Annahmen davon aus, dass eine signalisierte Höchstgeschwindigkeit bis zur nächsten Signalisation gelte (Beschwerde S. 10 f.). Dabei handelt es sich nicht um tatsächliche Feststellungen, sondern um eine Rechtsfrage (vgl. E. 2 nachfolgend).
Dass und inwiefern das vorinstanzliche Beweisergebnis schlechterdings nicht mehr vertretbar sein sollte, zeigt der Beschwerdeführer nicht auf und ist nicht erkennbar. Die Beschwerde erweist sich als unbegründet, soweit sie den Begründungsanforderungen von <ref-law> überhaupt zu genügen vermag.
2. 2.1 Es ist unklar, ob der Beschwerdeführer den objektiven Tatbestand der groben Verletzung der Verkehrsregeln im Sinne von <ref-law> als erfüllt erachtet. Er macht zum einen geltend, es sei unbestritten, dass er den Tatbestand der groben Verletzung der Verkehrsregeln im Sinne von <ref-law> objektiv erfüllt habe. Zum andern rügt er im Widerspruch dazu, er habe durch die Geschwindigkeitsüberschreitung die Verkehrssicherheit nicht ernstlich gefährdet. Betreffend den subjektiven Tatbestand bringt er vor, er habe kein rücksichtsloses oder bedenkenloses Verhalten gegenüber fremden Rechtsgütern gezeigt (Beschwerde S. 3, 10 und 14).
2.2 Gemäss <ref-law> wird mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe bestraft, wer durch grobe Verletzung der Verkehrsregeln eine ernstliche Gefahr für die Sicherheit anderer hervorruft oder in Kauf nimmt (vgl. auch <ref-law>). Der Tatbestand ist nach der Rechtsprechung objektiv erfüllt, wenn der Täter eine wichtige Verkehrsvorschrift in objektiv schwerwiegender Weise missachtet und die Verkehrssicherheit ernstlich gefährdet. Eine ernstliche Gefahr für die Sicherheit anderer ist bereits bei einer erhöhten abstrakten Gefährdung gegeben. Diese setzt die naheliegende Möglichkeit einer konkreten Gefährdung oder Verletzung voraus (<ref-ruling> E. 3.2 S. 136 mit Hinweisen).
Subjektiv erfordert der Tatbestand von <ref-law> ein rücksichtsloses oder sonst schwerwiegend verkehrswidriges Verhalten, das heisst 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 zieht, also unbewusst fahrlässig handelt. In solchen Fällen ist grobe Fahrlässigkeit zu bejahen, wenn das Nichtbedenken der Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer auf Rücksichtslosigkeit beruht (<ref-ruling> E. 3.2 S. 136 mit Hinweisen).
Nach ständiger 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 auf Autobahnen um 35 km/h oder mehr überschritten wird (<ref-ruling> E. 3.1 S. 237 f. mit Hinweisen).
2.3 Der Beschwerdeführer hat die signalisierte Höchstgeschwindigkeit nach Abzug einer Sicherheitsmarge von 4 km/h (vgl. Art. 8 Abs. 1 lit. b Ziff. 2 der Verordnung des Bundesamts für Strassen [ASTRA] vom 22. Mai 2008 zur Strassenverkehrskontrollverordnung [VSKV-ASTRA; SR 741.013.1] sowie Ziff. I.4. der Weisungen des ASTRA vom 22. Mai 2008 über polizeiliche Geschwindigkeitskontrollen und Rotlichtüberwachung im Strassenverkehr) um 40 km/h überschritten. Bei den Vorschriften über die Geschwindigkeit handelt es sich um grundlegende Verkehrsregeln. Sie sind wesentlich für die Sicherheit des Strassenverkehrs (<ref-ruling> E. 2c S. 233). Die Vorinstanz nimmt im Lichte der bundesgerichtlichen Rechtsprechung zu Recht objektiv eine grobe Verkehrsregelverletzung gemäss <ref-law> an (vgl. auch Urteile 6B_534/2008 vom 13. Januar 2009 E. 2.6 und 6S.477/2004 vom 1. März 2005 E. 2).
2.4 Der Schuldspruch der groben Verkehrsregelverletzung verstösst auch in subjektiver Hinsicht nicht gegen Bundesrecht. Wer die Höchstgeschwindigkeit in derart massiver Weise überschreitet, handelt in aller Regel vorsätzlich oder mindestens grobfahrlässig (<ref-ruling> E. 1f S. 41; Urteil 6B_193/2008 vom 7. August 2008 E. 2.3 mit Hinweisen).
Der Beschwerdeführer argumentiert im Wesentlichen, es hätten günstige Strassen-, Verkehrs- und Sichtverhältnisse geherrscht. Deshalb habe kein objektiver Grund bestanden, die Geschwindigkeit nach der Tunnelausfahrt nicht auf 120 km/h zu erhöhen. Er sei infolge unlesbarer Signalisation nach der Tunnelausfahrt davon ausgegangen, dass die erlaubte Geschwindigkeit 120 km/h betrage (Beschwerde S. 8 und 10). Diese Darstellung offenbart, dass der Beschwerdeführer die Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer pflichtwidrig zumindest nicht in Betracht zog. Sie vermag ihn nicht zu entlasten. Er wusste um die zulässige Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h und beschleunigte gleichwohl auf 140 km/h. Selbst wenn er in Bezug auf den Autobahnabschnitt rund 200 Meter nach der Tunnelausfahrt von einer Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h ausgegangen wäre (was im kantonalen Verfahren nicht explizit festgestellt und willkürfrei offengelassen werden konnte), vermöge ihn dies nicht zu entlasten. Waren die fraglichen Verkehrsschilder (noch) nicht erkennbar, so durfte der Beschwerdeführer zweifelsohne nicht darauf vertrauen, dass er die Signalisation richtig antizipieren und 200 Meter nach dem Tunnel eine zulässige Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h gelten würde. Jedenfalls wäre ein entsprechender Irrtum bei pflichtgemässer Vorsicht vermeidbar gewesen (vgl. <ref-law>, <ref-law> sowie <ref-law> in Verbindung mit <ref-law>). Darüber hinaus hält die Vorinstanz (für den hypothetischen Fall einer Erhöhung der zulässigen Geschwindigkeit von 100 km/h auf 120 km/h) unter Hinweis auf Art. 16 ff. SSV zutreffend fest, dass der Beschwerdeführer die Geschwindigkeitsüberschreitung bereits unmittelbar nach der Tunnelausfahrt und vor der fraglichen Signalisation beging. Auf den Entscheid kann verwiesen werden (S. 7 und 14).
Je schwerer die Verkehrsregelverletzung objektiv wiegt, desto eher wird Rücksichtslosigkeit subjektiv zu bejahen sein, sofern keine besonderen Gegenindizien vorliegen (Urteil 6B_361/2011 vom 5. September 2011 E. 3.1 mit Hinweis). Solche entlastenden Umstände hat das Bundesgericht bei der Mehrheit der Geschwindigkeitsüberschreitungen verneint (vgl. die Hinweise im Urteil 6B_148/2012 vom 30. April 2012 E. 1.3 sowie die Urteile 6B_361/2011 vom 5. September 2011 E. 3, 6B_893/2010 vom 5. April 2011 E. 3.3.3 und 6B_193/2008 vom 7. August 2008 E. 2.3). Es schloss ein rücksichtsloses Verhalten aus, weil der Fahrzeugführer die bloss während einer Woche geltende und örtlich begrenzte Geschwindigkeitsreduktion auf der Autobahn übersehen hatte (Urteil 6B_109/2008 vom 13. Juni 2008 E. 3; anders aber zum gleichen Sachverhalt das Urteil 1C_224/2010 vom 6. Oktober 2010; vgl. auch das Urteil 6B_622/2009 vom 23. Oktober 2009 E. 3.5). Entlastende Umstände sind hier nicht gegeben. Die Vorinstanz durfte von einer subjektiv schwerwiegenden Verfehlung ausgehen. Der Beschwerdeführer war nach den verbindlichen Feststellungen der Vorinstanz (<ref-law>) allein aus Zeitdruck und im Wissen der erlaubten Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h mit übersetztem Tempo unterwegs. Die Geschwindigkeitsüberschreitung von 40 km/h zeigt ein bedenkenloses Verhalten gegenüber fremden Rechtsgütern. Besondere Umstände, welche das Fahrverhalten des Beschwerdeführers subjektiv in einem milderen Licht erscheinen liessen, bestehen nicht. Indem die Vorinstanz dem Beschwerdeführer unter Hinweis auf <ref-ruling> die von ihm behauptete grosse seelische Belastung nicht zu Gute hält, verletzt sie kein Bundesrecht (vgl. Entscheid S. 15). Der subjektive Tatbestand von <ref-law> ist erfüllt.
2.5 Der Schuldspruch wegen grober Verletzung der Verkehrsregeln im Sinne von <ref-law> ist bundesrechtskonform.
3. Der Beschwerdeführer bringt vor, bei einer Verletzung der Verkehrsregeln im Sinne von <ref-law> (recte: <ref-law>) sei eine Verurteilung zu einer unbedingten Geldstrafe ausgeschlossen (Beschwerde S. 13 f.). Darauf ist nicht weiter einzugehen. Es bleibt bei der Verurteilung wegen grober Verkehrsregelverletzung.
4. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Die bundesgerichtlichen Kosten sind ausgangsgemäss dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<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 Kantonsgericht Wallis, I. Strafrechtliche Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 26. September 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Schneider
Der Gerichtsschreiber: Faga