¿Es posible construir una aplicación de Android usando HTML5, CSS3 y JavaScript?

¡Sí!
No solo es posible, un nuevo grupo de estudiantes lo hace en mi clase cada pocos meses. Puede ver sus resultados aquí: Amazon.com: mysdce: Aplicaciones y juegos

Utilizamos HTML5, CSS3 y JavaScript (lenguaje de programación), junto con jQuery Mobile y Apache Cordova (también conocido como PhoneGap).

Lo mejor de Cordova es que puede crear una aplicación principal en HTML5 / CSS3 / JS y compilarla en todas las plataformas a la vez. Por lo tanto, no necesita aprender otro idioma si desea reconstruir su aplicación de Android como una aplicación de iOS o Windows Phone.

Cómo hacerlo es bastante complicado (por eso mi clase dura tres meses), pero todo es a través de un software totalmente gratuito. Voy a escribir un gran tutorial sobre todo un día, pero mientras tanto, mira nuestros videos de conferencias:
Instructor Victor – Conferencias de aplicaciones HTML5 para Android – PmD Interactive

Echa un vistazo a PhoneGap. No es la única forma de abordarlo, pero es decente. http://www.phonegap.com/

Sí, es posible. Phonegap (también conocido como Cordova) es el más popular y GRATUITO de los marcos disponibles. Otros pocos que conozco son Trigger.io, Titanium (por appcelerator) y Ionic Framework. No solo le permiten crear una aplicación de Android, sino que también se puede compilar en los otros sistemas operativos móviles principales (iOS, Blackberry, Windows Mobile y Ubuntu) utilizando la misma base de código.