Lai pielāgotos pārejai no jūras uz sauszemes dzīvi, sauszemes augi sāka ražot antioksidantus, kas nav sastopami jūras organismos, piemēram, C vitamīnu, polifenolus un tokoferolus. Pirms 50 līdz 200 miljoniem gadu segsēkļi attīstīja daudzus antioksidantu pigmentus -īpaši juras periodā- kā ķīmisku aizsardzību pret reaktīvām skābekļa sugām, kas ir fotosintēzes blakusprodukts. Sākotnēji termins antioksidants īpaši attiecās uz ķīmiskām vielām, kas novērš skābekļa samazināšanos. 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā plaši pētījumi bija vērsti uz antioksidantu izmantošanu svarīgos rūpnieciskos procesos, piemēram, novēršot metālu koroziju, gumijas vulkanizāciju un iekšdedzes dzinēju piesārņojumu, ko izraisa degvielas polimerizācija.
Sākotnējie pētījumi par antioksidantu bioloģisko izmantošanu koncentrējās uz to, kā novērst nepiesātināto taukskābju oksidēšanās izraisītu sasmakšanu. Antioksidantu aktivitāti var izmērīt, vienkārši izmērot tauku gabala oksidācijas ātrumu ar skābekli piesātinātā, noslēgtā traukā. Taču, atklājot un apstiprinot A, C un E vitamīnu antioksidantu īpašības, tika atzīta antioksidantu nozīme dzīvo organismu bioķīmiskajos procesos. Iespējamo antioksidantu darbības mehānismu izpēte sākās ar sapratni, ka vielas ar antioksidantu aktivitāti pašas var būt jutīgas pret oksidēšanos. Pētot, kā E vitamīns novērš lipīdu peroksidāciju, kļuva skaidrs, ka antioksidanti darbojas kā reducējoši līdzekļi, reaģējot ar reaktīvām skābekļa sugām, tādējādi neļaujot tām bojāt šūnas un panākot to antioksidantu iedarbību.
