为了适应从海洋生物演变为陆地生物，陆生植物开始产生海洋生物所不具有的抗氧化剂比如维生素C、多酚和生育酚。五千万年到两亿年前被子植物植物在进化的过程中发展出了许多抗氧化的天然色素--特别是在侏罗纪时代--作为一种化学手段抵御光合作用的副产物活性氧类物质。本来抗氧化剂一词特指那类可以防止氧气消耗的化学物质。在19世纪末至20世纪初，广泛研究集中在重要的工业生产过程对抗氧化剂的使用上，比如防止金属腐蚀、橡胶的硫化、由燃料聚合导致的内燃机积垢等。

生物学对抗氧剂的研究早期集中在是如何使用抗氧化剂来避免不饱和脂肪酸氧化引起的酸败。可以通过将一块脂肪置于一个充氧的密封容器后对其氧化速率进行测定的简单方法度量抗氧化活性。然而随着具有抗氧化作用的维生素A、C、E的发现和确认，人们意识到抗氧化剂在生物体内起到生化作用的重要性。当认识到具有抗氧化活性的物质可能本身就容易被氧化的事实后，对抗氧化剂可能作用机理的探索首先开始。通过研究维生素E如何防止脂质过氧化，明确了抗氧化剂作为还原剂通过与活性氧物质反应来避免活性氧物质对细胞的破坏，达到抗氧化的效果。