Los estudios sobre islas de calor urbanas o entornos térmicos urbanos han atraído una atención extensa, aunque todavía falta investigación centrada en el análisis del cambio del entorno térmico urbano a largo plazo con una resolución espacial fina y la exposición real de los residentes urbanos. Tomando como ejemplo la ciudad de Nanjing, China, que se urbaniza rápidamente, este estudio utiliza los datos de temperatura de superficie terrestre derivados de Landsat en series temporales diurnas para evaluar de manera integral el cambio del entorno térmico urbano a largo plazo (30 años) de la ciudad. Los resultados mostraron que: (1) La intensidad general de la isla de calor urbana en la superficie mostró una tendencia notable de primero aumentar y luego disminuir desde 1990 hasta 2020. (2) Se exhibió la distribución espacial detallada de islas de calor/frío urbano dentro del límite del centro urbano. El porcentaje de islas de calor urbanas en la superficie fue del 77.01% en 1990, y aumentó al 85.79% en 2010 y luego disminuyó al 80.53% en 2020. (3) Más del 65% de los residentes urbanos han vivido en áreas con una intensidad de isla de calor urbana en la superficie mayor a 3.0 grados Celsius, que también mostró una tendencia de primero aumentar y luego disminuir desde 1990 hasta 2020. Los métodos y hallazgos de este estudio pueden proporcionar una referencia para otros estudios sobre cambios en el entorno térmico urbano y el desarrollo sostenible urbano.