Sin lugar a dudas, esta técnica reduce el tiempo de carga de la página; por tener menos request al server.
Para quienes el inglés no resulte una barrera, recomiendo la lectura de BorkWeb:
Faster page loads with image concatenation.
La técnica es productiva cuando la utilización de imágenes es de tamaño similar.
Si la disparidad de tamaños concluye en un solo archivo, la cantidad de espacios "en blanco" representa una cantidad de tamaño de archivo inútil que termina produciendo en forma contraria el beneficio esperado.