Um artigo de blog da Localytics, Android não tão fragmentado quanto muitos pensam , lista os tamanhos e resoluções mais populares do Android:
Outra preocupação para os desenvolvedores do Android é o tamanho e a resolução da tela. De todo o uso de aplicativos analisado para este estudo, 41% de todas as sessões vieram de dispositivos Android com telas de 4,3 polegadas, de longe o tamanho mais popular. As telas de 4 polegadas representaram 22% das sessões, as telas de 3,2 polegadas para 11% e as telas de 3,7 polegadas contribuíram com 9%.
As resoluções foram ainda menos fragmentadas, no entanto, com a resolução de tela mais vista - 800 x 480 pixels - contribuindo com 62% das sessões do estudo. As próximas resoluções de tela mais populares foram 480 x 320 (14%), 960 x 540 (6%), 480 x 854 (5%) e 320 x 240 (5%).
Observe que essas estatísticas são de fevereiro de 2012, que podem estar desatualizadas hoje. Além disso, lembre-se de que seu aplicativo pode ser usado com tamanhos e resoluções em polegadas não listados neste artigo.
EDIT: Você também deve estar ciente de que existem "tablets" Android com grandes resoluções. A citação a seguir é do mesmo artigo que mencionei:
A resolução e o tamanho da tela são ainda menos fragmentados que os celulares - 74% do uso de tablets Android ocorre em dispositivos de 7 polegadas com resolução de 1024 x 600. 22% são dispositivos de 10,1 polegadas com resoluções de 1280 x 800; portanto, levando em consideração duas combinações de tamanho / resolução de tela, os desenvolvedores devem ser capazes de alcançar facilmente quase todo o mercado de tablets Android.