Kako bi se prilagodile prijelazu iz morskog u kopneni život, kopnene su biljke počele proizvoditi antioksidanse kojih nema u morskim organizmima, poput vitamina C, polifenola i tokoferola. Prije između 50 i 200 milijuna godina, kritosjemenjače su razvile brojne antioksidativne pigmente-osobito tijekom razdoblja jure-kao kemijsku obranu od reaktivnih vrsta kisika, nusproizvoda fotosinteze. Izvorno se pojam antioksidans posebno odnosio na kemikalije koje sprječavaju gubitak kisika. U kasnom 19. i ranom 20. stoljeću, opsežna su istraživanja bila usmjerena na upotrebu antioksidansa u važnim industrijskim procesima, kao što su sprječavanje korozije metala, vulkanizacija gume i onečišćenja motora s unutarnjim izgaranjem uzrokovana polimerizacijom goriva.
Rana istraživanja biološke upotrebe antioksidansa bila su usredotočena na to kako spriječiti užeglost uzrokovanu oksidacijom nezasićenih masnih kiselina. Antioksidacijska aktivnost može se mjeriti jednostavnim mjerenjem brzine oksidacije komadića masti u oksigeniranoj, zatvorenoj posudi. Međutim, otkrićem i potvrdom antioksidativnih svojstava vitamina A, C i E, prepoznata je važnost antioksidansa u biokemijskim procesima živih organizama. Istraživanje mogućih mehanizama djelovanja antioksidansa započelo je spoznajom da bi tvari s antioksidativnim djelovanjem i same mogle biti osjetljive na oksidaciju. Proučavajući kako vitamin E sprječava peroksidaciju lipida, postalo je jasno da antioksidansi djeluju kao redukcijski agensi reagirajući s reaktivnim vrstama kisika, čime ih sprječavaju da oštete stanice i postižu svoje antioksidativne učinke.
