Comprueba que el "this" realmente está haciendo referencia al JFrame que la contiene.
También puedes probar con:
setIconImage(java.awt.Toolkit.getDefaultToolkit(). getImage(this.getClass().getResource(imageLocation )));
También puedes mirar un ejemplo en este link
http://www.kodejava.org/examples/223.html
y ... comprueba también si entre los requisitos para el icono hay alguno de tamaño o así, y sí lo estás cumpliendo.