Da bi se prilagodile prehodu iz morskega v kopensko življenje, so kopenske rastline začele proizvajati antioksidante, ki jih morski organizmi ne najdejo, kot so vitamin C, polifenoli in tokoferoli. Pred 50 do 200 milijoni let so kritosemenke razvile številne antioksidativne pigmente-zlasti v jurskem obdobju-kot kemično obrambo pred reaktivnimi kisikovimi spojinami, stranskim produktom fotosinteze. Prvotno se je izraz antioksidant posebej nanašal na kemikalije, ki so preprečile pomanjkanje kisika. V poznem 19. in zgodnjem 20. stoletju so se obsežne raziskave osredotočile na uporabo antioksidantov v pomembnih industrijskih procesih, kot je preprečevanje korozije kovin, vulkanizacija gume in obraščanje motorja z notranjim zgorevanjem, ki ga povzroča polimerizacija goriva.
Zgodnje raziskave o biološki uporabi antioksidantov so bile osredotočene na to, kako preprečiti žarkost, ki jo povzroča oksidacija nenasičenih maščobnih kislin. Antioksidativno aktivnost bi lahko izmerili preprosto z merjenjem stopnje oksidacije kosa maščobe v oksigenirani, zaprti posodi. Z odkritjem in potrditvijo antioksidativnih lastnosti vitaminov A, C in E pa je bil prepoznan pomen antioksidantov v biokemičnih procesih živih organizmov. Raziskovanje možnih mehanizmov delovanja antioksidantov se je začelo s spoznanjem, da so lahko snovi z antioksidativnim delovanjem tudi same dovzetne za oksidacijo. S proučevanjem, kako vitamin E preprečuje peroksidacijo lipidov, je postalo jasno, da antioksidanti delujejo kot reducenti, tako da reagirajo z reaktivnimi kisikovimi spojinami, s čimer preprečujejo, da bi poškodovali celice in dosegli svoje antioksidativne učinke.
