Sopeutuakseen evoluutioonsa merestä maaelämään maakasvit alkoivat tuottaa antioksidantteja, joita ei löydy meren eliöistä, kuten C-vitamiinia, polyfenoleja ja tokoferoleja. 50–200 miljoonaa vuotta sitten koppisiemeniset kehittivät monia luonnollisia antioksidanttisia pigmenttejä -erityisesti jurakauden aikana-kemiallisena keinona torjua reaktiivisia happilajeja, fotosynteesin sivutuotteita. Alun perin termi "antioksidantti" viittasi erityisesti kemiallisiin aineisiin, jotka estävät hapen kulumista. 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa laaja tutkimus keskittyi antioksidanttien käyttöön tärkeissä teollisissa prosesseissa, kuten metallien korroosion estämisessä, kumin vulkanoitumisessa ja polttoaineen polymeroinnista polttomoottoreissa tapahtuvassa kertymisessä.
Antioksidanttien varhaisessa biologisessa tutkimuksessa keskityttiin siihen, miten niitä voidaan käyttää estämään tyydyttymättömien rasvahappojen hapettumisen aiheuttamaa härskiintymistä. Antioksidanttiaktiivisuus voidaan mitata yksinkertaisella menetelmällä: laittamalla pala rasvaa hapella-täytettyyn, suljettuun astiaan ja määrittämällä sen hapettumisnopeus. Antioksidanttisia ominaisuuksia omaavien A-, C- ja E-vitamiinien löytämisen ja vahvistuksen myötä antioksidanttien merkitys elävien organismien biokemiallisissa prosesseissa kuitenkin tuli selväksi. Kun havaittiin, että antioksidanttiaktiiviset aineet voivat itsekin helposti hapettua, aloitettiin antioksidanttien mahdollisten vaikutusmekanismien tutkiminen. Tutkimalla, miten E-vitamiini ehkäisee lipidien peroksidaatiota, selvitettiin, että antioksidantit pelkistysaineina estävät soluvaurioita reagoimalla reaktiivisten happilajien kanssa ja saavuttavat siten niiden antioksidanttisen vaikutuksen.