Faits:
A. A.a N._ a travaillé comme chauffeur de poids lourds et mécanicien auprès de l'entreprise X._, pépiniériste-paysagiste. Souffrant de lombalgies, il a déposé, le 9 avril 2003, après avoir subi plusieurs périodes d'incapacité de travail, une demande de prestations de l'assurance-invalidité qui lui a été refusée par décision du 1er septembre 2004, confirmée sur opposition le 21 janvier 2004 (recte: 2005) compte tenu d'un taux d'invalidité de 6 %; le droit à une mesure d'aide au placement lui a toutefois été accordé.
Dans le cadre de cette mesure, N._ a effectué à compter du 20 juin 2005 un stage d'entraînement au travail, suivi d'un stage de mise au courant, en tant que mécanicien auprès de l'entreprise Y._ SA. Pour cette activité, il était assuré contre les accidents professionnels et non professionnels auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après: CNA).
A.b Le 28 janvier 2006, alors qu'il portait des caisses de bouteilles à son domicile, l'intéressé s'est tordu le genou droit et a chuté. Une IRM pratiquée le 9 février 2006 a mis en évidence une rupture du ligament croisé antérieur associée à une lésion méniscale interne, ainsi qu'un kyste de Baker (rapport du 10 février 2006 du docteur R._). Dans un premier temps, le traitement a été conservateur. La CNA a pris en charge le cas.
En raison des gonalgies persistantes, l'assuré a subi une arthroscopie, une résection partielle de la corne postérieure du ménisque interne, et une plastie du ligament croisé antérieur (rapport opératoire du 2 juin 2006 du docteur O._, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique auprès de l'Hôpital Z._). Ce médecin a noté une évolution relativement favorable, l'assuré signalant encore des douleurs rotuliennes et des difficultés à s'accroupir (rapport du 11 décembre 2006).
Le docteur D._, médecin d'arrondissement de la CNA, a procédé à un examen final (cf. rapport du 6 décembre 2006). Ce médecin a relevé qu'il persistait une limitation de la flexion et une légère amyotrophie du quadriceps. Le périmètre de marche sur terrain plat n'était pas limité, mais l'assuré avait des difficultés à descendre les escaliers et les pentes, à s'accroupir et se mettre à genoux. La position assise était bien supportée. Il a évalué l'atteinte à l'intégrité à 20 %. L'activité de mécanicien sur machines agricoles n'était plus exigible, tandis que la capacité de travail demeurait entière, sans diminution de rendement, dans une activité industrielle respectant les limitations fonctionnelles décrites, ainsi que l'alternance des positions (cf. rapport du 14 décembre 2006). Par décision du 2 mars 2007, la CNA a reconnu le droit de l'intéressé à une indemnité pour atteinte à l'intégrité de 21'360 fr., correspondant au taux de 20 %.
A.c Une nouvelle IRM a été pratiquée le 1er octobre 2007. Dans son rapport du 11 octobre 2007, le docteur O._ a indiqué que l'IRM n'avait pas montré de nouvelle lésion méniscale, ni rupture du transplant. Tout au plus existait-il une légère malacie fémoro-tibiale interne et fémoro-patellaire pouvant expliquer les gonalgies résiduelles. Une réadaptation professionnelle dans une activité limitant le port de charges, la montée et la descente d'escaliers, et évitant la marche en terrain irrégulier, était envisageable. L'assuré ne présentait aucune incapacité de travail (cf. rapport du 17 mars 2008).
Pour actualiser son bilan, le docteur D._ a examiné une nouvelle fois l'assuré. A l'issue de cet examen, il a constaté que le tableau clinique était superposable à celui de sa dernière évaluation (cf. rapports des 6 et 14 décembre 2006). Il a donc confirmé ses précédentes conclusions (cf. rapport du 23 juillet 2008).
Par décision du 12 mai 2009, la CNA a reconnu le droit de N._ à une rente d'invalidité fondée sur un taux d'invalidité de 15 % à partir du 1er juillet 2009. Selon ses constatations, l'assuré était en mesure d'exercer à plein temps une activité légère dans différents secteurs de l'industrie, pour autant qu'il puisse travailler en position assise ou alternée (assis/debout). Le degré d'invalidité résultait de la comparaison du revenu sans invalidité de 4'450 fr. par mois avec le revenu d'invalide de 3'375 fr. fixé sur la moyenne des salaires de cinq descriptions de postes de travail. L'intéressé a formé opposition à cette décision en produisant un rapport du 27 novembre 2007 établi par le docteur G._, spécialiste FMH en médecine générale et médecin traitant, duquel il ressortait qu'en raison de l'ensemble des diagnostics il persistait un handicap empêchant l'assuré de travailler "selon un horaire à 100 %". Le 30 juin 2009, la CNA a rejeté l'opposition.
A.d Entre-temps, l'assuré a fait valoir auprès de l'office de l'assurance-invalidité du canton de Fribourg (ci-après: l'office AI) une aggravation de son état de santé et demandé la "révision" de son droit à des prestations de l'assurance-invalidité. Cet office a, par décision du 27 avril 2010, confirmant le projet de décision du 28 janvier 2010, nié le droit de l'intéressé à une rente d'invalidité sur la base d'un taux d'invalidité de 31 %. Cette décision a fait l'objet d'un recours devant la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du canton de Fribourg qui l'a rejeté par jugement du 21 décembre 2011 (605 2010-181). Saisi d'un recours en matière de droit public contre ce jugement, le Tribunal fédéral a statué par arrêt dont la date est identique à celle du présent arrêt (cause 8C_245/2012).
B. L'intéressé a déféré la décision sur opposition du 30 juin 2009 de la CNA au Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales. En cours d'instance, la CNA a produit une expertise interdisciplinaire (rhumatologique et psychiatrique) diligentée par l'office AI et réalisée par les médecins du Centre d'expertise W._. Dans leur rapport du 22 décembre 2009, les experts ont diagnostiqué avec répercussion sur la capacité de travail un syndrome lombovertébral chronique, une anomalie transitionnelle, des troubles dégénératifs (petite hernie discale L4-L5), une dysbalance musculaire, un raccourcissement des muscles ischio-jambiers, une gonalgie droite chronique, un status post-plastie du ligament croisé antérieur et méniscectomie interne partielle, une douleur résiduelle du poignet droit sur status post-résection de la styloïde cubitale (1998) sur fracture du poignet droit (1991), et sans répercussion sur la capacité de travail, une cervicalgie de type fonctionnel, une épicondylite du coude droit chronique, un syndrome douloureux somatoforme persistant et une dysthymie. Dans leurs conclusions finales, les médecins de W._ ont retenu que l'assuré disposait d'une pleine capacité de travail dans une activité adaptée moyennant toutefois une diminution de rendement de l'ordre de 20 à 30 %. Par jugement du 21 décembre 2011 (605 2009-251), le Tribunal cantonal a rejeté le recours.
C. N._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, en concluant au renvoi de la cause à la juridiction cantonale pour qu'elle procède à un nouveau calcul relatif à la comparaison des revenus déterminants et à un complément d'instruction médicale, le tout sous suite de frais et dépens.
Dans sa réponse du 3 mai 2012, la CNA a conclu au rejet du recours et à la confirmation du jugement cantonal. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer.

Considérant en droit:
1. 1.1 Le litige porte sur le point de savoir si le recourant peut prétendre une rente d'invalidité LAA d'un taux supérieur à 15 % à partir du 1er juillet 2009 en rapport avec les séquelles au genou droit résultant de l'accident du 28 janvier 2006.
1.2 Dans la procédure de recours concernant une prestation en espèces de l'assurance-accidents, le Tribunal fédéral n'est pas lié par l'état de fait constaté par la juridiction cantonale (art. 97 al. 2 et 105 al. 3 LTF).
2. Le jugement entrepris expose correctement les dispositions légales (art. 8 et 16 LPGA; <ref-law>) et la jurisprudence applicables en matière d'évaluation de l'invalidité, de sorte qu'il suffit d'y renvoyer.
3. Les premiers juges ont rappelé que l'intimée n'était tenue de prester qu'en relation avec les séquelles de l'accident du 28 janvier 2006. Concernant la seule atteinte au genou droit, ils ont constaté que les médecins consultés étaient unanimes quant au diagnostic et aux limitations fonctionnelles. Conformément aux avis des docteurs O._ et D._ - qu'ils ont jugés dûment motivés -, ils ont retenu que le recourant présentait un status après plastie du ligament croisé antérieur et méniscectomie interne partielle du genou droit avec une limitation de la flexion de cette articulation et une amyotrophie légère du quadriceps. Limité dans le port de charges, la montée et la descente d'escaliers, ainsi que pour la marche sur terrain irrégulier, l'assuré n'était plus en mesure d'exercer son ancienne activité de mécanicien sur machines agricoles, mais une activité légère adaptée dans différents secteurs de l'industrie, à plein temps et sans diminution de rendement. La juridiction cantonale s'est en revanche écartée de l'avis du docteur G._ et de l'expertise des médecins de W._, ces praticiens tenant compte également d'atteintes ne résultant pas de l'accident du 28 janvier 2006.
4. Le recourant conteste être en mesure d'exercer une activité à plein temps dans la production industrielle légère. Il reproche à la juridiction cantonale de s'être livrée à une appréciation des preuves arbitraire et erronée en se fondant sur les appréciations des docteurs O._ et D._. Au vu des opinions contraires du docteur G._ et des experts de W._, il soutient que les premiers juges auraient dû mettre en oeuvre une expertise médicale complémentaire avant de statuer.
5. Il ressort de l'expertise de W._ que le recourant présente un certain nombre d'atteintes rhumatologiques, qui ne sont pas en lien avec l'accident du 28 janvier 2006, à savoir un syndrome lombovertébral chronique, une anomalie transitionnelle, une petite hernie discale L4-L5, une dysbalance musculaire, un raccourcissement des muscles ischio-jambiers, une douleur résiduelle du poignet droit sur status post-résection de la styloïde cubitale sur fracture du poignet droit, une cervicalgie de type fonctionnel et une épicondylite du coude droit chronique. En ce qui concerne l'atteinte au genou droit, les experts ont constaté que l'examen clinique de cette articulation était dans les limites de la norme, avec des amplitudes articulaires conservées, sans signe d'épanchement, d'instabilité ligamentaire ou de souffrance méniscale. Il n'y avait pas d'amyotrophie au niveau des cuisses ou des mollets. D'un point de vue psychique, ils ont précisé que le recourant souffrait beaucoup des douleurs au dos, se sentant triste et angoissé. La doctoresse V._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie en charge de l'évaluation psychiatrique, a retenu une dysthymie et un trouble douloureux somatoforme persistant, lesquels n'interféraient cependant pas avec la capacité de l'assuré d'être présent 8 heures par jour à sa place de travail, mais justifiaient une diminution de rendement de 20 à 30 % (cf. rapport d'expertise du 22 décembre 2009 p. 13 et 16). En définitive, les médecins de W._ ont conclu à une pleine capacité de travail dans une activité adaptée moyennant toutefois une diminution de rendement de l'ordre de 20 à 30 % en raison des troubles psychiques (épuisement, tristesse, angoisse), de la nécessité de changer fréquemment de position, d'une certaine lenteur dans l'exécution des mouvements du membre supérieur droit en raison des séquelles douloureuses au niveau du poignet droit et de l'épicondylite droite. Dans son appréciation du 27 novembre 2007, le docteur G._ a repris en substance les mêmes diagnostics que ceux des experts et conclu, au vu de l'ensemble des atteintes, à un handicap empêchant l'assuré de travailler à 100 %.
En l'occurrence il n'y a pas lieu de s'écarter du point de vue des premiers juges, selon lequel ni l'avis du docteur G._, ni celui des experts de W._, ne permettaient de se prononcer sur les seules conséquences de l'accident du 28 janvier 2006. En effet, leurs appréciations tiennent compte de toutes les atteintes dont souffre le recourant sans distinguer les conséquences de chacune d'entre elles sur sa capacité de travail résiduelle. Le seul fait que le docteur G._ et les experts de W._ incluent dans leurs évaluations respectives l'atteinte au genou droit ne suffit pas à remettre en cause la valeur probante des conclusions des docteurs O._ et D._. Ces deux médecins ne se sont prononcés, quant à eux, que sur les séquelles de l'accident du 28 janvier 2006, retenant une pleine capacité de travail résiduelle dans une activité respectant les limitations fonctionnelles. Leurs conclusions, qui reposent sur l'examen clinique du recourant et tiennent compte de ses plaintes, ne sont au demeurant contredites par aucun autre avis médical sur le plan diagnostic (cf. rapports des examens radiologiques du 10 février 2006 du docteur R._ et du 2 octobre 2007 du docteur S._). Il n'y avait par conséquent aucune raison de s'en écarter et les premiers juges pouvaient, par appréciation anticipée des preuves, renoncer à procéder à de nouvelles mesures d'investigation médicale (cf. <ref-ruling> consid. 5.3 p. 148; <ref-ruling> consid. 3 p. 157; <ref-ruling> consid. 2 p. 428). Les conclusions du recourant tendant à la mise en ?uvre de telles mesures doivent dès lors être rejetées.
6. 6.1 Dans un second grief, le recourant conteste le revenu sans invalidité retenu par l'intimée et confirmé par les premiers juges.
6.2 En règle générale, le revenu hypothétique de la personne valide se détermine en établissant au degré de la vraisemblance prépondérante ce qu'elle aurait effectivement pu réaliser au moment déterminant si elle était en bonne santé. Le revenu sans invalidité doit être évalué de la manière la plus concrète possible; c'est pourquoi il se déduit en principe du salaire réalisé en dernier lieu par l'assuré avant l'atteinte à la santé, en tenant compte de l'évolution des salaires jusqu'au moment de la naissance du droit à la rente (<ref-ruling> consid. 4.3.1 p. 224 et la référence).
6.3 Pour fixer le revenu sans invalidité, l'intimée s'est fondée sur les indications fournies par la société Y._ SA, selon lesquelles le recourant aurait perçu en 2009 dans une activité de mécanicien un revenu de 4'100 fr. par mois (part du 13ème salaire non incluse), soit 53'300 fr. par an ou 4'450 fr. par mois (part du 13ème salaire incluse).
Le recourant allègue qu'il percevait au moment de l'accident un montant de 5'000 fr. par mois, soit 60'000 fr. par an et qu'il n'était au bénéfice d'aucun contrat de travail fixe avec Y._ SA. En outre, ce salaire aurait dû être adapté à l'indice des prix à la consommation.
6.4 Au moment de la survenance de l'accident, le recourant était au bénéfice d'une mesure professionnelle - mise en place et financée par l'assurance-invalidité - sous la forme d'un stage qu'il effectuait en qualité de mécanicien auprès de Y._ SA depuis le 20 juin 2005. A ce titre, il percevait des indemnités journalières de l'assurance-invalidité d'un montant de 148 fr. par jour calculées sur la base du revenu issu de son ancienne activité de chauffeur de poids lourd et mécanicien exercée auprès de l'entreprise X._, pépiniériste-paysagiste, soit un montant annuel de 53'722 fr. 75. Celles-ci ne peuvent toutefois servir de salaire de référence pour déterminer le revenu sans invalidité.
En l'occurrence, on peut partir de l'idée que, sans l'atteinte à la santé causée par l'accident du 28 janvier 2006, le recourant aurait poursuivi son stage en qualité de mécanicien auprès de Y._ SA, à l'issue duquel il aurait pu être engagé par cette société ou une autre entreprise. Le salaire qu'il aurait perçu dans cette activité - laquelle était adaptée à son état de santé et à ses aptitudes professionnelles - correspond donc à ses possibilités réelles de gain avant la survenance de l'événement dommageable et les données salariales transmises par Y._ SA peuvent dès lors servir de référence pour fixer le revenu sans invalidité.
Le montant de 53'300 fr. (4'100 fr. x 13) retenu par l'intimée n'est pas critiquable. Il représente le gain présumable du recourant pour l'année 2009, soit l'année de référence pour le calcul du taux d'invalidité. Cela dit, on peine à comprendre l'argument du recourant tendant à exclure la part du 13ème salaire dans la détermination du revenu sans invalidité, dès lors que sa prise en compte lui est plus favorable.
7. Il s'ensuit que le recours se révèle mal fondé et doit être rejeté.
8. Vu l'issue du litige, les frais judiciaires doivent être mis à la charge du recourant, qui succombe (<ref-law>). Il ne saurait prétendre une indemnité de dépens pour l'instance fédérale (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 750 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal du canton de Fribourg, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral de la santé publique.
Lucerne, le 9 avril 2013
Au nom de la Ire Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Juge présidant: Ursprung
La Greffière: Reichen