Используйте NSValueTransformer для преобразования вашего изображения в объект NSData, а затем сохраните большой двоичный объект данных в Core Data. Вы можете зарегистрировать свой подкласс преобразователя значения в инструменте моделирования. Вы можете проверить пример Apple PhotoLocations или этот учебник показывает, как.
Исправьте для полноты: поскольку другие указали, что слишком большой большой двоичный объект данных вызовет проблемы с производительностью. Как отмечает @Jesse, в iOS5 есть оптимизация, при которой, если большой двоичный объект данных слишком велик, Core Data будет хранить его вне постоянного хранилища. Если вам нужно настроить таргетинг на версию до iOS5, а изображение слишком велико, сохраните файл где-нибудь в песочнице и сохраните URL-адрес в хранилище базовых данных. Хорошее обсуждение на форумах Apple Dev здесь и обсуждает пределы хранения больших двоичных объектов данных в Core Data.
Удачи