Aby se suchozemské rostliny přizpůsobily přechodu z mořského na suchozemský život, začaly produkovat antioxidanty, které se nenacházejí v mořských organismech, jako je vitamin C, polyfenoly a tokoferoly. Před 50 až 200 miliony let si krytosemenné rostliny vyvinuly četné antioxidační pigmenty-zejména v období jury-jako chemickou obranu proti reaktivním formám kyslíku, vedlejšímu produktu fotosyntézy. Původně se termín antioxidant konkrétně týkal chemikálií, které zabraňovaly vyčerpání kyslíku. Koncem 19. a začátkem 20. století se rozsáhlý výzkum soustředil na využití antioxidantů v důležitých průmyslových procesech, jako je prevence koroze kovů, vulkanizace pryže a zanášení spalovacích motorů způsobené polymerací paliva.
Raný výzkum biologického využití antioxidantů se zaměřil na to, jak zabránit žluknutí způsobenému oxidací nenasycených mastných kyselin. Antioxidační aktivitu lze měřit jednoduchým měřením rychlosti oxidace kousku tuku v okysličené, utěsněné nádobě. S objevem a potvrzením antioxidačních vlastností vitamínů A, C a E byl však rozpoznán význam antioxidantů v biochemických procesech živých organismů. Zkoumání možných mechanismů působení antioxidantů začalo zjištěním, že látky s antioxidační aktivitou mohou být samy o sobě náchylné k oxidaci. Studiem toho, jak vitamín E zabraňuje peroxidaci lipidů, vyšlo najevo, že antioxidanty působí jako redukční činidla tím, že reagují s reaktivními formami kyslíku, čímž jim brání v poškozování buněk a dosahují jejich antioxidačních účinků.
