Случайно не используете Cloudflare? Я полагаю, что изображения профиля действительно хранятся на S3, но проксируются через ваш сервер. Я решил похожую проблему (все загруженные аватары отображались пустыми): мне пришлось добавить IP-адрес сервера в белый список в Cloudflare, чтобы это исправить.