For at tilpasse sig deres udvikling fra hav til landliv begyndte landplanter at producere antioxidanter, der ikke findes i marine organismer, såsom C-vitamin, polyfenoler og tocopheroler. For mellem 50 millioner og 200 millioner år siden udviklede angiospermer mange naturlige antioxidantpigmenter-især i Jura-perioden-som et kemisk middel til at bekæmpe reaktive oxygenarter, biprodukter af fotosyntese. Oprindeligt refererede udtrykket "antioxidant" specifikt til kemiske stoffer, der forhindrer iltsvind. I slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede fokuserede omfattende forskning på brugen af antioxidanter i vigtige industrielle processer, såsom forebyggelse af metalkorrosion, gummivulkanisering og opbygning i forbrændingsmotorer forårsaget af brændstofpolymerisering.
Tidlig biologisk forskning i antioxidanter fokuserede på, hvordan man bruger dem til at forhindre harskning forårsaget af oxidation af umættede fedtsyrer. Antioxidantaktivitet kan måles ved en simpel metode: at placere et stykke fedt i en iltfyldt, forseglet beholder- og bestemme dets oxidationshastighed. Men med opdagelsen og bekræftelsen af vitaminerne A, C og E, som har antioxidantegenskaber, blev betydningen af antioxidanter i levende organismers biokemiske processer tydelig. Da det blev erkendt, at stoffer med antioxidantaktivitet i sig selv let kan oxideres, begyndte udforskningen af antioxidanters mulige virkningsmekanismer. Ved at studere, hvordan E-vitamin forhindrer lipidperoxidation, blev det afklaret, at antioxidanter som reduktionsmidler forhindrer celleskader ved at reagere med reaktive oxygenarter og dermed opnå deres antioxidantvirkning.
