للتكيف مع تطورها من الحياة البحرية إلى الحياة البرية، بدأت النباتات البرية في إنتاج مضادات الأكسدة غير الموجودة في الكائنات البحرية، مثل فيتامين C، والبوليفينول، والتوكوفيرول. منذ ما بين 50 مليون إلى 200 مليون سنة مضت، طورت كاسيات البذور العديد من الأصباغ الطبيعية المضادة للأكسدة-خاصة خلال العصر الجوراسي-كوسيلة كيميائية لمكافحة أنواع الأكسجين التفاعلية، والمنتجات الثانوية لعملية التمثيل الضوئي. في الأصل، يشير مصطلح "مضادات الأكسدة" على وجه التحديد إلى المواد الكيميائية التي تمنع استنفاد الأكسجين. في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، ركزت الأبحاث المكثفة على استخدام مضادات الأكسدة في العمليات الصناعية المهمة، مثل منع تآكل المعادن، وفلكنة المطاط، وتراكم محركات الاحتراق الداخلي الناتجة عن بلمرة الوقود.
ركزت الأبحاث البيولوجية المبكرة حول مضادات الأكسدة على كيفية استخدامها لمنع النتانة الناجمة عن أكسدة الأحماض الدهنية غير المشبعة. يمكن قياس نشاط مضادات الأكسدة بطريقة بسيطة: وضع قطعة من الدهون في حاوية مغلقة ومملوءة بالأكسجين - وتحديد معدل الأكسدة الخاص بها. ولكن مع اكتشاف وتأكيد الفيتامينات A وC وE، التي لها خصائص مضادة للأكسدة، ظهرت أهمية مضادات الأكسدة في العمليات البيوكيميائية للكائنات الحية. بمجرد التعرف على أن المواد ذات النشاط المضاد للأكسدة يمكن أن تتأكسد بسهولة، بدأ استكشاف الآليات الممكنة لعمل مضادات الأكسدة. من خلال دراسة كيف يمنع فيتامين E بيروكسيد الدهون، تم توضيح أن مضادات الأكسدة، كعوامل اختزال، تمنع تلف الخلايا عن طريق التفاعل مع أنواع الأكسجين التفاعلية، وبالتالي تحقيق تأثيرها المضاد للأكسدة.