Le fait que les deux formes soient acceptées (on trouve par exemple licence en droit aussi bien licence de droit, même si l'une est plus fréquente que l'autre), n'indique-t'il pas tout simplement qu'il n'y a pas de raison profonde ? L'usage supporte simplement les deux.
Il existe parfois une autre forme, qui n'a pas été mentionnée jusqu'à présent: "licence ès-lettres". On utilisait également au XIXème siècle: "baccalauréat ès-sciences". Une recherche rapide montre que "ès-lettres" est encore utilisé de nos jours, et ce, presque aussi fréquemment que "licence de lettres". On utilise parfois aussi "ès-sciences". En revanche, "licence ès-mathématiques" et "licence ès-droit" sont inconnus.
De plus, il semble que les universités elle-mêmes utilisent "de", "en", et parfois rien du tout, en tout cas pas pour "Licence" et "Master". Quelques exemples:
Donc l'usage actuel semble utiliser trois, voire même quatre !, formes (suivant les domaines, et dans des proportions différentes), ce qui pour moi renforce l'idée qu'il n'y a peut-être "ni rime ni raison" qui expliquerait la différence de proportion notée par Gilles.
On pourrait aussi conclure qu'il y a bien différence dans les proportions, mais que cette différence n'est pas forcément significative en pratique, ou en tout, qu'il n'est pas possible de trouver une règle générale pour l'utilisation de "de" plutôt que de "en".
Il va être à mon avis difficile de trouver des raisons pour un phénomène aussi aléatoire.
Addendum (consulter l'autre réponse sur la situation au Québec): on pourrait proposer le processus historique suivant: à l'origine, "ès" était le mot utilisé, qui est devenu "en" (avant le XVIIème?), puis encore plus récemment en France, "de" est passé dans l'usage de façon plus ou moins arbitraire. Suivant cette hypothèse, "en" serait plus ancien que "de". Cette hypothèse se tient assez bien au vu des données. Mais ceci n'explique pas pourquoi certaines matières utilisent maintenant "de", et d'autres "en".
Note: "ès" est une contraction, maintenant archaïque, de "en les/à l'intérieur des", ici pour désigner une spécialité dans des titres officiels. "Doctorat ès lettres" peut donc se comprendre comme "doctorat en les lettres". Le mot est attesté dès 1375-1400.