Aqui está a resposta, como sugerido por Alexandre:
quando você usa o id=LAST_INSERT_ID(id) ele define o valor de mysql_insert_id =o ID atualizado-- então seu código final deve se parecer com:
<?
$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();
Isso retornará o valor correto para $my_id, independentemente da atualização ou inserção.