Fatti:
A. A.a R._ da ultimo alle dipendenze del X._ in qualità di ragazzo office, in data 26 luglio 2002 ha presentato una domanda di prestazioni AI per adulti lamentando gli esiti di un infortunio alla spalla destra occorsogli nel luglio 1995.
Esperiti gli accertamenti del caso, tra cui una perizia reumatologica a cura del dott. C._, l'Ufficio AI del Cantone Ticino (UAI) ha assegnato all'assicurato una rendita intera dal 1° luglio 2002 al 31 dicembre 2002 (decisione del 13 giugno 2005). Statuendo su opposizione, l'amministrazione ha quindi ordinato pure l'allestimento di una perizia psichiatrica a cura del servizio di psichiatria dell'Ospedale M._, che però, con referto del 24 gennaio 2006, ha rilevato l'assenza di una patologia psichiatrica invalidante. Per decisione su opposizione del 3 ottobre 2006, l'UAI, accertata l'assenza di una perdita di guadagno, ha confermato il rifiuto di ulteriori prestazioni.
A.b Adito su ricorso dell'assicurato, il Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino ha annullato la decisione su opposizione e rinviato gli atti all'amministrazione per approfondire i postumi d'ordine somatico di un nuovo infortunio della circolazione avvenuto il 25 agosto 2005 (pronuncia del 15 ottobre 2007). Con sentenza del 21 novembre 2008 (9C_805/2007) il Tribunale federale ha dichiarato irricevibile, per difetto di un danno irreparabile, il ricorso di R._ contro la decisione di rinvio.
A.c Dando seguito alla decisione di rinvio, l'UAI ha commissionato una perizia pluridisciplinare (reumatologica, neurologica e psichiatrica) al Servizio di accertamento medico dell'AI (SAM). Preso atto delle conclusioni peritali che dichiaravano l'assicurato abile al lavoro nella misura del 30% (a causa di una diminuzione di rendimento e per ragioni reumatologiche) nella precedente attività e in maniera totale, da settembre 2002 - come a suo tempo valutato dal dott. C._ in occasione del suo esame peritale del 30 marzo 2005 -, in attività sostitutive ergonomicamente adatte e rispettose di alcuni limiti funzionali (quali evitare di alzare carichi ripetutamente superiori ai 10 kg, evitare di mantenere delle posizioni statiche prolungate fermo in piedi con la parte superiore del corpo piegata in avanti oppure mantenendo la posizione seduta immobile per più di un'ora e mezzo), l'amministrazione ha confermato la decisione di non versare ulteriori prestazioni dopo il 31 dicembre 2002 per difetto di invalidità di grado pensionabile (decisione del 22 febbraio 2010, preavvisata il 13 gennaio precedente).
B. Per pronuncia del 28 ottobre 2010 il Tribunale cantonale delle assicurazioni ha confermato l'operato dell'amministrazione. Avallando le conclusioni della perizia del SAM, il primo giudice ha accertato, come già in precedenza l'UAI, un reddito senza invalidità (incontestato) di fr. 40'560.- che contrapposto a un reddito da invalido di fr. 46'431.- - determinato secondo i dati salariali statistici di cui all'inchiesta sulla struttura dei salari edita dall'Ufficio federale di statistica (ISS, Tabella TA1, livello di qualifica 4) dopo deduzione del 15% per le circostanze personali e professionali del caso (in concreto: le limitazioni ergonomiche e di sollevamento pesi nonché lo stato di semi analfabetismo) e del 4.6% per il gap salariale (tra il reddito da valido realizzato e quello mediamente conseguibile a livello nazionale nello specifico settore economico) - ostava al conferimento di una rendita anche volendo, per ipotesi e come invocato dall'assicurato, aumentare al 25% il tasso di riduzione per tenere conto delle circostanze personali e professionali del caso.
C. R._ ha interposto ricorso al Tribunale federale al quale chiede, in via principale, di riconoscergli una rendita intera d'invalidità e, in via subordinata, di rinviare la causa all'istanza precedente per complemento istruttorio e nuova pronuncia. Dei motivi si dirà, per quanto occorra, nei considerandi.
Non sono state chieste osservazioni al gravame.

Diritto:
1. Il ricorso in materia di diritto pubblico può essere presentato per violazione del diritto, così come stabilito dagli art. 95 e 96 LTF. Per contro, il Tribunale federale fonda la sua sentenza sui fatti accertati dall'autorità inferiore (<ref-law>) e vi si può scostare solo qualora questo accertamento sia avvenuto in modo manifestamente inesatto o in violazione del diritto ai sensi dell'<ref-law> (<ref-law>). Salvo i casi in cui tale inesattezza sia lampante (cfr. <ref-ruling> consid. 6.2 pag. 288 in fine), la parte ricorrente che intende contestare i fatti accertati dall'autorità inferiore deve spiegare, in maniera circostanziata, per quale motivo ritiene che le condizioni di una delle eccezioni previste dall'<ref-law> sarebbero realizzate; in caso contrario non si può tener conto di uno stato di fatto diverso da quello posto a fondamento della decisione impugnata (cfr. <ref-ruling> consid. 1.4.3 pag. 254 con riferimento).
2. L'autorità giudiziaria cantonale ha correttamente esposto le norme e i principi disciplinanti la materia, ricordando in particolare le condizioni alle quali è subordinato il riconoscimento di una rendita d'invalidità (art. 4 cpv. 1 e 28 LAI in relazione con gli art. 7 e 8 LPGA), il sistema di confronto dei redditi per l'accertamento del grado d'invalidità di assicurati esercitanti un'attività lucrativa (<ref-law>), il valore probatorio generalmente riconosciuto ai referti medici fatti allestire da un tribunale o dall'amministrazione conformemente alle regole di procedura applicabili (<ref-ruling> consid. 4 pag. 261, 351 consid. 3b/ee pag. 353) e gli effetti temporali della riduzione o soppressione di una rendita in caso di prima assegnazione retroattiva decrescente o temporanea (cfr. pure sentenza del Tribunale federale delle assicurazioni I 297/03 del 3 maggio 2005, consid. 1 non pubblicato in <ref-ruling>, ma in SVR 2006 IV n. 14 pag. 51). A tale esposizione può essere fatto riferimento e prestata adesione, non senza però ribadire che se la persona interessata non sfrutta in maniera completa e ragionevolmente esigibile la capacità lavorativa residua, il reddito da invalido va determinato alla luce dei dati forniti dalle statistiche salariali come risultano segnatamente dall'ISS (<ref-ruling> consid. 3b pag. 76 con riferimenti).
3. 3.1 Per giurisprudenza, gli accertamenti dell'autorità giudiziaria di ricorso in merito al danno alla salute, alla capacità lavorativa dell'assicurato e all'esigibilità di un'attività professionale - nella misura in cui quest'ultimo giudizio non si fonda sull'esperienza generale della vita - costituiscono questioni di fatto che possono essere riesaminate dal Tribunale federale soltanto alle severe condizioni più sopra esposte (<ref-ruling> consid. 3.2 pag. 398). Lo stesso vale anche per la valutazione medica sulle risorse psichiche residue di una persona assicurata (cfr. sentenza 9C_1013/2008 del 23 dicembre 2009 consid. 4.1).
3.2 Di per sé, l'accertamento del primo giudice in merito alla capacità lavorativa residua dell'assicurato può essere ritenuto manifestamente inesatto e venir corretto solo nella misura in cui l'istanza inferiore dovesse essere incorsa nell'arbitrio, vietato dall'<ref-law> (cfr. <ref-ruling> consid. 4.3 pag. 62; <ref-ruling> co su 7.1 pag. 398). Per giurisprudenza invalsa, l'arbitrio non si realizza già qualora la soluzione proposta con il ricorso possa apparire sostenibile o addirittura preferibile a quella contestata; il Tribunale federale annulla la pronunzia criticata solo se il giudice del merito ha emanato un giudizio che appare - e ciò non solo nella motivazione bensì anche nell'esito - manifestamente insostenibile, in aperto contrasto con la situazione reale, gravemente lesivo di una norma o di un principio giuridico chiaro e indiscusso oppure in contraddizione urtante con il sentimento della giustizia e dell'equità (<ref-ruling> consid. 2.1 pag. 211 con rinvii). Per quanto concerne più in particolare l'apprezzamento delle prove e l'accertamento dei fatti, il giudice incorre nell'arbitrio se misconosce manifestamente il senso e la portata di un mezzo di prova, se omette senza valida ragione di tener conto di un elemento di prova importante, suscettibile di modificare l'esito della vertenza, oppure se ammette o nega un fatto ponendosi in aperto contrasto con gli atti di causa o interpretandoli in modo insostenibile (<ref-ruling> consid. 2.1 pag. 9).
3.3 Le censure sollevate dal ricorrente sono perlopiù di natura appellatoria e, in quanto tali, inammissibili in questa sede (cfr. ad esempio sentenza 9C_339/2007 del 5 marzo 2008 consid. 5.2.3 con riferimento). In particolare, l'insorgente si limita a criticare la valutazione del primo giudice senza però indicare in quale misura quest'ultima sarebbe non solo inesatta, ma addirittura arbitraria, e dimenticando che la stessa poggia sulle univoche e approfondite conclusioni di due perizie esterne, rese a distanza di oltre quattro anni l'una dall'altra, senza essere state smentite o comunque seriamente messe in dubbio da altra documentazione specialistica agli atti. Come in sede cantonale, il ricorrente si richiama infatti essenzialmente alla valutazione 2 febbraio 2010 del suo medico di famiglia, dott. O._, che però, contrariamente ai medici interpellati dall'amministrazione, non è specialista nelle discipline esaminate. Lo stesso dicasi per il dott. B._, alle cui (precedenti) considerazioni R._ ugualmente si appella. Anche per questo motivo, oltre che per il fatto che secondo l'esperienza comune il medico curante tende generalmente, in caso di dubbio, a pronunciarsi in favore del proprio paziente in ragione del rapporto di fiducia che lo unisce a quest'ultimo (cfr. <ref-ruling> consid. 3b/cc pag. 353), le sue conclusioni non sono atte a rendere arbitrario l'apprezzamento del giudice cantonale in merito al grado di capacità lavorativa residua (totale) in attività confacenti allo stato di salute. A ben vedere, la valutazione del primo giudice reggerebbe alle critiche ricorsuali anche qualora il Tribunale federale disponesse - come in passato - di pieno potere di esame. Anche in relazione alla sostanziale coincidenza, a livello diagnostico, delle patologie riscontrate dai diversi medici intervenuti, l'accertamento del primo giudice non appare (manifestamente) censurabile. Egli poteva pertanto - senza arbitrio e senza violare il diritto di essere sentito dell'assicurato - prescindere dal disporre ulteriori accertamenti e in particolare rinunciare a una perizia medico-giudiziaria (v. anche <ref-ruling>).
3.4 Tale conclusione vale ugualmente per il rimprovero formulato in questa sede (e non anche dinanzi alla Corte cantonale, come invece lascia intendere il memoriale ricorsuale) di non avere eseguito una valutazione delle capacità funzionali ("Evaluation der funktionellen Leistungsfähigkeit [EFL]"). A prescindere dalla novità - inammissibile, in quanto il Tribunale federale non può considerare circostanze che non sono state accertate nella decisione impugnata (<ref-law>; Bernard Corboz, Commentaire de la LTF, 2009, n. 15 ad art. 99) - dell'allegazione, la richiesta, oltre a essere insufficientemente motivata (<ref-law>), è anche manifestamente infondata, non fosse altro perché non è stata chiaramente raccomandata né dagli esperti incaricati dall'amministrazione in occasione della perizia del SAM né dai medici curanti, dottori O._ e B._ (v. rapporti del 2 febbraio 2010 e del 3 giugno 2009; cfr. sentenze 8C_730/2010 del 10 dicembre 2010 consid. 2.3.1 e 8C_823/2009 del 16 febbraio 2010 consid. 3.3; sull'indicazione e il significato di una simile valutazione cfr. inoltre SVR 2009 IV n. 26 pag. 73 [8C_547/2008]).
3.5 Dal momento che contesta ai due reumatologi incaricati dall'UAI, dottori C._ e A._, di averlo considerato pienamente abile al lavoro ma senza specificare il tipo di attività sostitutive, è inoltre opportuno ricordare al ricorrente che spetta essenzialmente al consulente professionale, avuto riguardo alle indicazioni e limitazioni mediche, valutare quali attività professionali siano concretamente ipotizzabili (<ref-ruling> consid. 2b pag. 20). Ed è quanto ha fatto nella fattispecie concreta l'UAI che, preso atto delle conclusioni della perizia SAM e osservato come le limitazioni funzionali ivi indicate (v. sopra, Fatti A.c) coincidessero sostanzialmente con quelle riscontrate nel 2005 dal dott. C._, ha potuto (implicitamente e validamente) riprendere la valutazione 8 settembre 2006 della consulente in integrazione professionale E._ per stabilire, alla luce di tali limitazioni, quali fossero le attività concretamente esigibili (v. il citato rapporto dell'8 settembre 2006 indicante quali attività esigibili quelle di vendita non qualificata in stazioni self-service o nelle stazioni di benzina, di addetto alla cernita, all'assemblaggio, al controllo di qualità, all'imballaggio nell'industria dell'abbigliamento, alimentare, della plastica, dell'elettronica o farmaceutica).
4. Ciò premesso e visto che i dati economici relativi ai redditi con e senza invalidità non sono contestati e risultano dagli atti, merita conferma la pronuncia cantonale. Infatti anche ammettendo, per ipotesi, come ha giustamente rilevato il primo giudice, una riduzione del 25% - ribadita dal ricorrente in sede federale - dal reddito base per tenere conto delle circostanze personali e professionali del caso (<ref-ruling>), il grado di invalidità rimarrebbe lontanissimo dal minimo di legge (40%) previsto per vantare il diritto a una rendita anche solo parziale.
5. Ne segue che il ricorso dev'essere respinto nella misura della sua ammissibilità. Le spese seguono la soccombenza e sono poste a carico del ricorrente (<ref-law>).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Nella misura in cui è ammissibile, il ricorso è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 500.- sono poste a carico del ricorrente.
3. Comunicazione alle parti, al Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino e all'Ufficio federale delle assicurazioni sociali.