För att anpassa sig till sin utveckling från marint till landliv började landväxter producera antioxidanter som inte finns i marina organismer, såsom vitamin C, polyfenoler och tokoferoler. För mellan 50 miljoner och 200 miljoner år sedan utvecklade angiospermer många naturliga antioxidantpigment-särskilt under juraperioden-som ett kemiskt medel för att bekämpa reaktiva syrearter, biprodukter av fotosyntes. Ursprungligen hänvisade termen "antioxidant" specifikt till kemiska ämnen som förhindrar syrebrist. I slutet av 1800-talet och början av 1900-talet fokuserade omfattande forskning på användningen av antioxidanter i viktiga industriella processer, som att förhindra metallkorrosion, gummivulkanisering och uppbyggnad i förbränningsmotorer orsakade av bränslepolymerisation.
Tidig biologisk forskning om antioxidanter fokuserade på hur man använder dem för att förhindra härskning orsakad av oxidation av omättade fettsyror. Antioxidantaktivitet kan mätas med en enkel metod: placera en bit fett i en syrefylld, förseglad behållare och bestämma dess oxidationshastighet. Men med upptäckten och bekräftelsen av vitaminerna A, C och E, som har antioxidantegenskaper, blev betydelsen av antioxidanter i de biokemiska processerna hos levande organismer uppenbar. När man väl insåg att ämnen med antioxidantaktivitet i sig lätt kan oxideras, började utforskningen av antioxidanters möjliga verkningsmekanismer. Genom att studera hur E-vitamin förhindrar lipidperoxidation klargjordes att antioxidanter, som reduktionsmedel, förhindrar cellskador genom att reagera med reaktiva syrearter och på så sätt uppnå sin antioxidanteffekt.
