Най-ранните следи от живот на хълм Царевец датират от късния халколит (4200 г. пр. Хр.).
Хълмът е обитаван и през бронзовата епоха и желязната епоха. Открити са останки от жилища и керамика от Халщатската култура (XIII-V в. пр.н.е.) и от по-късната латенска култура (V-I в. пр.н.е.). Разкритото под развалините на средновековната българска столица тракийско селище е съществувало през цялото I хил. пр.н.е. Интензивният живот върху хълма в следващите хилядолетия и особено през средновековието почти изцяло е унищожил следите от него. Само малки участъци са оцелели под по-късните постройки. Те произхождат от два разположени непосредствено един над друг жилищни хоризонта, от периода IV – II в. пр.н.е. Намиращите се в тях жилища и огнища са типични за тракийската култура, а също керамиката и други материали.
Присъствието на латенски материали в един безспорно тракийски контекст позволява още веднъж да се подчертае, че латенските елементи не бива да се свързват с присъствието на келти на Царевец. Те са само още едно доказателство за насоките и силата на латенското влияние върху тракийската култура през IV – I в. пр.н.е. в този район.
Не е известно докога тракийското селището е продължило своя живот. Отсъствието на римска керамика и монети от периода I-III в. показва, че то прекратява своето съществуване към началото на нашата ера.
В края на V в., по времето на император Анастасий I (491 – 518 г.), на хълма Царевец е построена ранновизантийска крепост, напоследък отъждествявана с известната от изворите Зикидева. Тя била една от опорните точки на Източната римска империя в северната част на Балканския полуостров. Предполага се, че населението на римския град Никополис ад Иструм, който тогава бил в упадък се е преселило на хълма Царевец поради по-добрата му защиетност от варварските нападения. От този период датирта една базилика и прилежастите и сгради.
Това укрепление оцелява до началото на VII век, когато е унищожено по време на аваро-славянските нашествия. Последните ранновизантийски монети на хълма са от 614 г., сечени при император Ираклий.
През VIII век върху развалините на ранновизантийската крепост възниква старобългарско селище, което се разраства и заема целия хълм. Следи от феодален замък от този период не са открити.
Към средата на XII век започва изграждането на крепостта и феодалния замък. Най-голямото развитие градът получава по времето на Втората българска държава, когато става нейна столица.
Легенда разказва, че в римско време имало укрепления, които охранявали пътя за великолепния Никополис ад Иструм. Когато варварите нахлули, те обсадили и разрушили великия град. Тогава римляните се настанили в калетата. Под тях имало големи подземия свързани с тунел. В галериите римляните пренесли съкровищата на Никополис. Крепостите римляните укрепили и задържали известно време.
Когато се наложило да отстъпят, те направили смъртоносни механизми в галериите и ги намазали с отрова. Тайните входове маскирали. Входът на подземието под Царевец се намирал в южната част. По галерия се стигало до подземно езеро. Само човек, знаещ тайната на съкровището можел да продължи. Скрит механизъм източвал водата и по стъпала се стигала друга галерия. Оттук надолу имало няколко нива. На всяко римляните оставили по едно съкровище. В галериите към съкровищниците дебнели много опасности.
Ако непосветен влезел, никога не щял да се върне жив. Във всяка зала имало безценни предмети – златни и сребърни, украсени със скъпоценни камъни. Безброй златни монети били струпани на купове. Подземието под Момина крепост било на две нива. Съкровището било долу. Входът бил голям геран. На дъното се виждала вода. По стъпала се слизало долу и там встрани започвала галерия. Когато римляните се оттегляли, отгоре сложили каменна плоча и я засипали. Втори вход имало в ниското. Нишанът бил голям четвъртит камък с топка отгоре.