Det såkaldt andet bulgarske rige (1185-1396) var Balkans dominerende magt i flere årtier. Magtens centrum var fæstningen Tsarevets i den daværende hovedstad Veliko Tarnovo, som ligger smukt og idyllisk i Balkanbjergene, der deler Bulgarien i en nordlig og en sydlig del. Fæstningen var residens for konger og patriarker og imperiets stærkeste forsvarsværk.
Man går ind i fæstningen ad en lang, stenbelagt vej, som fører gennem porte og over en smal, men dyb kløft. Undervejs er der især udsigt til fæstningens tykke mure, tårne og katedralen på toppen af fæstningshøjen, som ligger godt 200 meter over havniveau. Centralt på højen er der ruiner af kongepaladset og på toppen patriarkernes katedral. Den blev rekonstrueret i 1981, og de indvendige freskomalerier viser i en moderne, men dyster stil traditionelle, kristne motiver sammen med sejre og nederlag fra imperietiden. Fra katedralens tårn kan man nyde udsigten over fæstningsområdet, Veliko Tarnovo og de grønne Balkanbjerge – hvis der altså er åbent, hvilket der ikke altid er.
Rundt på området er der udgravet rester af 400 huse, 22 kirker og fire klostre. Et af klostrene lå på en klippe højt over den forbiløbende flod Yantra. På klippespidsen blev folk, der var dømt for forræderi, henrettet ved, at man lod dem styrte ned i floden. I et af vagttårnene på fæstningsmuren vises et andet eksempel på middelalderens makabre forhold, en træblok med økse og opsamlingskurv, hvor dødsdømte fik hugget hovedet af. Ved visse lejligheder vises i aftenmørket et lys- og lydshow på fæstningen. Her får man dele af Bulgariens historie, og er man ikke på fæstningen, kan i hvert fald lysdelen opleves fra udsigtspunkter i Veliko Tarnovos centrum. Imponerende er det, at lyset får husruinerne til at se ud som rigtige bygninger.
På højen, hvor fæstningen ligger, har der boet mennesker i flere end 4000 år. En egentlig by dateres til 300-tallet, og i storhedstiden i 1200-tallet blev byen og fortet ofte sammenlignet med Rom og Byzans (i dag Istanbul). I 1393 blev fæstningsbyen belejret af osmannerne (tyrkerne) i tre måneder, og den 17. juli samme år faldt den og blev brændt ned. Datoen markerer det bulgarske imperiums fald, selvom dele af imperiet holdt tre år længere.
Bulgarernes modstand mod osmannerne fortsatte, og to betydelige oprør (i 1598 og 1686) begyndte i Veliko Tarnovo.
Ønsket om en uafhængig bulgarsk kirke og stat genoplivede oprørene i 1870’erne, og i 1877 befriede russiske tropper Veliko Tarnovo fra 480 års osmannisk herredømme. I 1879 blev en bulgarsk forfatning vedtaget i byen, men samtidig blev Sofia gjort til Bulgariens hovedstad. Alligevel var det i De 40 Martyrers Kirke i Veliko Tarnovo, at Bulgariens endegyldige uafhængighed blev erklæret den 5. oktober 1908.
Efter Anden Verdenskrig fulgte kommunisttiden med nær tilknytning til Sovjetunionen, og i dag er Veliko Tarnovo med omkring 70.000 indbyggere et af Bulgariens største byområder. Der er to universiteter og mange kulturelle aktiviteter.
Byen tiltrækker turister i pænt antal, og den har den største koncentration af fastboende udlændinge i Bulgarien.