For å tilpasse seg utviklingen fra marint til terrestrisk liv, begynte landplanter å produsere antioksidanter som ikke finnes i marine organismer, som vitamin C, polyfenoler og tokoferoler. For mellom 50 millioner og 200 millioner år siden utviklet angiospermer mange naturlige antioksidantpigmenter-spesielt under juraperioden-som et kjemisk middel for å bekjempe reaktive oksygenarter, biprodukter av fotosyntesen. Opprinnelig refererte begrepet "antioksidant" spesifikt til kjemiske stoffer som forhindrer oksygenmangel. På slutten av 1800- og begynnelsen av 1900-tallet fokuserte omfattende forskning på bruk av antioksidanter i viktige industrielle prosesser, som forebygging av metallkorrosjon, gummivulkanisering og oppbygging i forbrenningsmotorer forårsaket av drivstoffpolymerisering.
Tidlig biologisk forskning på antioksidanter fokuserte på hvordan man bruker dem for å forhindre harskning forårsaket av oksidasjon av umettede fettsyrer. Antioksidantaktivitet kan måles med en enkel metode: å plassere et fettstykke i en oksygenfylt-forseglet beholder og bestemme oksidasjonshastigheten. Men med oppdagelsen og bekreftelsen av vitaminene A, C og E, som har antioksidantegenskaper, ble betydningen av antioksidanter i de biokjemiske prosessene til levende organismer tydelig. Når det ble anerkjent at stoffer med antioksidantaktivitet i seg selv lett kan oksideres, begynte utforskningen av de mulige virkningsmekanismene til antioksidanter. Ved å studere hvordan vitamin E forhindrer lipidperoksidasjon, ble det avklart at antioksidanter, som reduksjonsmidler, forhindrer celleskade ved å reagere med reaktive oksygenarter, og dermed oppnå sin antioksidanteffekt.
