El clima de Veliko Tarnovo es continental, con inviernos fríos y veranos calurosos.
La ciudad está ubicada en el centro-norte de Bulgaria, en la llanura al norte de la cadena de los Balcanes, a 220 metros sobre el nivel del mar. La ciudad es sensible a las olas frías polares (por ejemplo, en febrero de 2012 la temperatura bajó a -22 °C), pero también es sensible a los vientos que bajan de las montañas (el Monte Botev está en el suroeste) y eso puede conducir a aumentos repentinos de temperatura. Por esta razón, la temperatura puede superar los 20 °C de diciembre a febrero y los 25 °C en noviembre y marzo. En verano, puede alcanzar los 40 °C durante las olas de calor.
La temperatura media del mes más frío (enero) es de 0,8 °C, la del mes más cálido (agosto) es de 24,4 °C. Aquí están las temperaturas medias.

Las precipitaciones ascienden a 615 mm por año: son por lo tanto a un nivel intermedio. En los meses menos lluviosos (febrero, marzo, agosto, septiembre, octubre) caen 40 mm de lluvia, en el más lluvioso (junio) caen 75 mm. Aquí están las precipitaciones promedio.

En promedio, hay aproximadamente 2.375 horas de sol al año. Aquí está el promedio de horas de sol al día.

Cuándo ir

Los mejores períodos para visitar Veliko Tarnovo son las estaciones intermedias, es decir, los meses de mayo y septiembre. En junio, el clima suele ser excelente, pero a veces puede hacer mucho calor, especialmente en la segunda mitad del mes.