Acredito que isso seja porque, por padrão (não tenho certeza se é uma configuração do GNOME ou do GTK), nenhuma imagem é mostrada nos botões, então não tenho certeza se há alguma maneira de contornar isso.
Esta pergunta do Stackoverflow sugere imagens não mostradas nos botões devido a isso, o que eu suponho que se aplica a imagens personalizadas também.
Você pode tentar a solução alternativa mencionada nessa pergunta para ver se funciona para você:
from gi.repository import Gtk
settings = Gtk.Settings.get_default()
settings.props.gtk_button_images = True
O que eu também notei é que as imagens dos botões da barra de ferramentas não são afetadas por essa configuração e são sempre exibidas. Simplesmente certifique-se de prefixar ../media
ao caminho da imagem no Glade, como Garry Cairns está mencionando em sua resposta.