Kad prisitaikytų prie evoliucijos iš jūrinės į sausumos gyvybę, sausumos augalai pradėjo gaminti antioksidantus, kurių nėra jūros organizmuose, tokius kaip vitaminas C, polifenoliai ir tokoferoliai. Prieš 50–200 milijonų metų gaubtasėkliai sukūrė daug natūralių antioksidacinių pigmentų, -ypač Juros periodu-kaip cheminė priemonė kovoti su reaktyviosiomis deguonies rūšimis, šalutiniais fotosintezės produktais. Iš pradžių terminas „antioksidantas“ konkrečiai reiškė chemines medžiagas, kurios užkerta kelią deguonies išeikvojimui. XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje buvo atlikti išsamūs tyrimai, skirti antioksidantų naudojimui svarbiuose pramonės procesuose, pvz., užkirsti kelią metalų korozijai, gumos vulkanizacijai ir kaupimuisi vidaus degimo varikliuose, kuriuos sukelia degalų polimerizacija.
Ankstyvieji biologiniai antioksidantų tyrimai buvo sutelkti į tai, kaip juos naudoti siekiant išvengti apkartimo, kurį sukelia nesočiųjų riebalų rūgščių oksidacija. Antioksidacinį aktyvumą galima išmatuoti paprastu metodu: įdedant riebalų gabalėlį į deguonies pripildytą, sandarų indą ir nustatant jo oksidacijos greitį. Tačiau atradus ir patvirtinus vitaminus A, C ir E, turinčius antioksidacinių savybių, išryškėjo antioksidantų svarba gyvų organizmų biocheminiuose procesuose. Kai buvo pripažinta, kad medžiagos, turinčios antioksidacinį aktyvumą, gali būti lengvai oksiduojamos, buvo pradėti tyrinėti galimi antioksidantų veikimo mechanizmai. Tiriant, kaip vitaminas E užkerta kelią lipidų peroksidacijai, išsiaiškinta, kad antioksidantai, kaip reduktoriai, reaguodami su reaktyviosiomis deguonies rūšimis apsaugo nuo ląstelių pažeidimo ir taip pasiekia jų antioksidacinį poveikį.
