Para se adaptarem à transição da vida marinha para a terrestre, as plantas terrestres começaram a produzir antioxidantes não encontrados nos organismos marinhos, como vitamina C, polifenóis e tocoferóis. Entre 50 e 200 milhões de anos atrás, as angiospermas desenvolveram numerosos pigmentos antioxidantes-particularmente durante o período Jurássico-como defesa química contra espécies reativas de oxigênio, um subproduto da fotossíntese. Originalmente, o termo antioxidante referia-se especificamente a produtos químicos que preveniam o esgotamento do oxigênio. No final do século 19 e início do século 20, extensas pesquisas focaram no uso de antioxidantes em importantes processos industriais, como prevenção da corrosão de metais, vulcanização de borracha e incrustações em motores de combustão interna causadas pela polimerização de combustível.
As primeiras pesquisas sobre o uso biológico de antioxidantes focaram em como prevenir o ranço causado pela oxidação de ácidos graxos insaturados. A atividade antioxidante pode ser medida simplesmente medindo a taxa de oxidação de um pedaço de gordura em um recipiente oxigenado e selado. Porém, com a descoberta e confirmação das propriedades antioxidantes das vitaminas A, C e E, foi reconhecida a importância dos antioxidantes nos processos bioquímicos dos organismos vivos. A exploração dos possíveis mecanismos de ação dos antioxidantes começou com a constatação de que as próprias substâncias com atividade antioxidante poderiam ser suscetíveis à oxidação. Ao estudar como a vitamina E previne a peroxidação lipídica, ficou claro que os antioxidantes atuam como agentes redutores, reagindo com espécies reativas de oxigênio, evitando assim que danifiquem as células e alcancem seus efeitos antioxidantes.
