Ecco la risposta, come suggerito da Alexandre:
quando usi id=LAST_INSERT_ID(id) imposta il valore di mysql_insert_id =l'ID aggiornato, quindi il tuo codice finale dovrebbe essere simile a:
<?
$query = mysql_query("
INSERT INTO table (column1, column2, column3)
VALUES (value1, value2, value3)
ON DUPLICATE KEY UPDATE
column1 = value1,
column2 = value2,
column3 = value3,
id=LAST_INSERT_ID(id)
");
$my_id = mysql_insert_id();
Questo restituirà il valore corretto per $my_id indipendentemente dall'aggiornamento o dall'inserimento.