為了適應從海洋生物演變為陸地生物，陸生植物開始產生海洋生物所不具有的抗氧化劑比如維生素C、多酚和生育酚。五千萬年到兩億萬年前被子植物植物在進化的過程中發展出了許多抗氧化的天然色素--特別是在侏羅紀時代--作為一種化學手段抵禦光合作用的副產物活性氧類物質。本來抗氧化劑一詞特指那類可以防止氧氣消耗的化學物質。在19世紀末至20世紀初，廣泛研究集中在重要的工業生產過程對抗氧化劑的使用上，比如防止金屬腐蝕、橡膠的硫化、由燃料聚合導致的內燃機積垢等。

生物學對抗氧劑的研究早期集中在是如何使用抗氧化劑來避免不飽和脂肪酸氧化引起的酸敗。可以透過將一塊脂肪置於一個充氧的密封容器後對其氧化速率進行測定的簡單方法度量抗氧化活性。然而隨著具有抗氧化作用的維生素A、C、E的發現和確認，人們意識到抗氧化劑在生物體內起到生化作用的重要性。當認識到具有抗氧化活性的物質可能本身就容易被氧化的事實後，對抗氧化劑可能作用機理的探索首先開始。透過研究微生素E如何防止脂質過氧化，明確了抗氧化劑作為還原劑透過與活性氧物質反應來避免活性氧物質對細胞的破壞，達到抗氧化的效果。