Kako bi se prilagodile svojoj evoluciji od morskog do kopnenog života, kopnene biljke su počele proizvoditi antioksidanse koji se ne nalaze u morskim organizmima, kao što su vitamin C, polifenoli i tokoferoli. Prije između 50 miliona i 200 miliona godina, angiosperme su razvile mnoge prirodne antioksidativne pigmente-posebno tokom jurskog perioda-kao hemijsko sredstvo za borbu protiv reaktivnih vrsta kiseonika, nusprodukata fotosinteze. Prvobitno se izraz "antioksidans" posebno odnosio na hemijske supstance koje sprečavaju iscrpljivanje kiseonika. Krajem 19. i početkom 20. stoljeća, opsežna istraživanja su se fokusirala na upotrebu antioksidansa u važnim industrijskim procesima, kao što su sprječavanje korozije metala, vulkanizacija gume i nakupljanja u motorima s unutrašnjim sagorijevanjem uzrokovana polimerizacijom goriva.
Rana biološka istraživanja antioksidansa fokusirala su se na to kako ih koristiti za sprječavanje užeglosti uzrokovane oksidacijom nezasićenih masnih kiselina. Antioksidativna aktivnost se može izmjeriti jednostavnom metodom: stavljanjem komada masti u zatvorenu posudu-napunjenu kiseonikom i određivanjem njene stope oksidacije. Međutim, otkrićem i potvrdom vitamina A, C i E, koji imaju antioksidativna svojstva, postao je očigledan značaj antioksidansa u biohemijskim procesima živih organizama. Nakon što je uočeno da se tvari s antioksidativnim djelovanjem mogu lako oksidirati, počelo je istraživanje mogućih mehanizama djelovanja antioksidansa. Proučavanjem načina na koji vitamin E sprječava lipidnu peroksidaciju, razjašnjeno je da antioksidansi, kao redukcioni agensi, sprječavaju oštećenje stanica reakcijom s reaktivnim kisikovim vrstama, čime postižu svoje antioksidativno djelovanje.
