Częścią rezydencji patriarszej był sobór Wniebowstąpienia Pańskiego – najważniejsza cerkiew w Bułgarii, trójnawowa, krzyżowo-kopułowa świątynia z wysoką dzwonnicą wzniesiona między XIII a XIV stuleciem. Siedziba patriarchy posiadała również bibliotekę oraz budynek mieszkalny dla mnichów stale przebywających w Wielkim Tyrnowie.
Poza rezydencjami cara i patriarchy na ufortyfikowanym wzgórzu znajdowało się 470 domów mieszkalnych, siedziby najważniejszych bułgarskich rodów bojarskich, karczma, 19 cerkwi miejskich i cztery monastery z własnymi świątyniami. W północnej części wzgórza znajduje się skała, z której od XI do XIV w. strącano w przepaść skazanych na śmierć za zdradę. W XVI w. w miejscu tym powstał monaster.
Twierdza carewiecka została zdobyta przez Turków pod wodzą sułtana Bajazyda I w 1393, po trzymiesięcznej obronie. Klęskę Bułgarów spowodował głód, a być może również zdrada. Po upadku twierdzy Turcy zniszczyli cerkwie Wielkiego Tyrnowa, w tym sobór patriarszy, bojarów wymordowali, ludność zaś wywieźli do Azji Mniejszej.