Hmmm la verdad que ese código tal cual lo pusiste no me funciona, no sé si sobran comillas, si están mal las direcciones, el vector, pero no me funca, yo las imágenes las tengo en el directorio img, lo he intentado asi sin resultado, no se me ven las imágenes:
<script type="text/javascript">
fondos=["img/imagen1.jpg","img/imagen2.jpg","img/imagen3.jpg"];
document.write('<img src="fondos[Math.floor(Math.random() * fondos.length)]" alt="imagen" />');
</script>