Selon Google, « salle de bains » est 4 fois plus utilisé que « salle de bain ». Pour ma part j’opterais effectivement plutôt pour « salle de bains », vu que c’est une pièce pour prendre des bains. L’objet qui permet cet usage, c’est plus souvent appelé une baignoire qu’un bain (contrairement donc à Salle de douche, ou la douche représente moins l’acte de prendre une douche que l’objet contenu dans la pièce).

Néanmoins, comme « bain » peut aussi malgré tout désigner la baignoire (« Va dans ton bain ! »), je pense que « salle de bain » reste acceptable.

A noter que pour Larousse, « Salle de bain » est incorrect:

http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/bain/7532/difficulte