Pues la verdad es que lo he visto mucho pero no sé como lo hacen.
Se me ocurre una forma para que no haya repeticiones, pero necesitas un lenguaje de lado del servidor, como PHP o AJAX, no quieres usar PHP (por que según veo posteas en CSS HTML) creo solo se puede hacer on Javascript, aunque ya te digo que no he mirado.
Con Javascript --
pros: No necesitas PHP/ASP/JAVA
contras: Puede que se repita la misma imagen un numero indeterminado de veces, o mandar las que has cargado por url.. y es poco funcional.
Seria algo como:
Código Javascript :
numPosibilidades=3; //3 imagenes aleatorias
aleatorio=Math.random()*numPosibilidades; /* genera un numero aleatorio entre 0
y el que hayas definido en numPosibilidades, con décimales */
aleatorio=Math.round(aleatorio); //quitamos los decimales
document.getElementById("idDeDelDIVdondequeremosLaIMAGEN").style.backgroundImage="rutadelaimagen"+aleatorio+".jpg";
Las imagen tiene que llamarse de la misma excepto un numero identificativo situado antes de la extensión; ejemplo: imagen1.jpg, imagen2.jpg..
Y con PHP pues igual pero con una funcion para que compruebe que las que ya han salido no vuelvan a salir hasta que se haya completado el ciclo.
Saludos