地球的大气层形成初期是不含氧气的。原始大气是还原性的，充满了甲烷、氨等气体。大气层氧气的出现源于两种作用，一个是非生物参与的水的光解，一个是生物参与的光合作用。生物的光合作用对大气层的影响巨大，它造成了大气层由还原氛围向氧化氛围的转变，使得水光解产生的氢气能重新被氧化为水回到地球而不至于扩散到外层空间去，从而防止了地球上的水的流失。同时光合作用也加速了大气层氧气的积累，深刻地改变了地球上物种的代谢方式和形态。大气层含氧量在石炭纪的时候一度上升到了35％。氧气含量的增加造成了依赖于渗透方式输氧的昆虫在形态上的巨型化，在石炭纪曾出现过翼展达一米的巨脉蜻蜒。
有德国学者认为，世界上最早发现氧气的是中国唐朝的炼丹家马和。马和认真地观察各种可燃物，如木炭、硫黄等在空气中燃烧的情况后，提出的结论是：空气成分复杂，主要由阳气（氮气）和阴气（氧气）组成，其中阳气比阴气多得多，阴气可以与可燃物化合把它从空气中除去，而阳气仍可安然无恙地留在空气中。马和进一步指出，阴气存在于青石（氧化物）、火硝（硝酸盐）等物质中。如用火来加热它们，阴气就会放出来；他还认为水中也有大量阴气，不过常难把它取出来。马和的发现比欧洲早1000年。据说以上成果记录在一本名叫《平龙认》的书中，但学者对以上记录以及《平龙认》都有质疑。
说到氧气的发现，就不能不提及一个在化学史上曾经占据重要地位的学说——“燃素说”。17世纪末、18世纪初，德国哈雷大学医学教授、普鲁士国王的御医施塔尔开始注意燃烧现象，经过认真的思索研究，他最终创立了一种在当时看来非常合理的理论，即著名的“燃素说”。“燃素说”获得了同时代许多科学家的赞同，因为它圆满地解释了许多以前无法解释的科学现象。在随后的100多年时间里，这种理论经过不断的充实和完善，逐渐成为一种占绝对统治地位的科学理论，甚至没有对它质疑的声音。 1772年，瑞典科学家舍勒在从事软锰矿研究的时候，得到一种气体，因为这种气体能够助燃，他给它起名“火焰空气”。1774年，英国科学家普利斯特利在加热氧化汞时也得到一种气体，这种气体能够助燃和帮助呼吸，他把这种气体起名为“脱燃素空气”。舍勒和普利斯特利都发现了氧气，但受“燃素说”的影响，都没有得到正确的结论。
在此前后，法国化学家拉瓦锡也系统地研究了物质在空气中的燃烧实验。1775年，他在看到普利斯特利的论文以后，意识到自己研究多年的能助燃的空气组分，原来是一种新的元素，他设想“在酸类物质中应该含有这种元素”，在1777年把它命名为“成酸的元素”。1783年，拉瓦锡向法国科学院提交了一篇向“燃素说”直接发起进攻的论文，这篇论文发表于1786年。他在论文中指出了“燃素说”的许多缺陷以及这些缺陷所造成的困难，他宣传，只要承认每一燃烧过程都是物质与氧气发生化合作用，同时能发出热和光的过程，所有问题就会迎刃而解。拉瓦锡被人们称为“现代化学之父”，他是当之无愧的，他具有惊人的毅力和直觉，是他把化学从漫漫长夜引向了灿烂的黎明。
由于氧气是我们人类赖以生存所必需的物质，因此我国古代人民把这种气体称为“养气”，后来化学工作者把它改为“氧气”。
氧气是由氧元素组成的，氧是地球上含量最多的元素，也是分布最广的元素。据统计，地壳质量的一半左右（48。6％）是氧；地球表面3／4被水覆盖，而氧元素占水质量的89％。
氧气，空气主要组分之一，比空气重，0℃和1标准大气压下密度为1。429克／升。无色、无臭、无味，在水中溶解度很小，氧气在约－183℃时变为淡蓝色液体，在约－218℃时变成雪花状的淡蓝色固体。
这种生命攸关的气体在空气中的含量约为21％，在地球周围，有1000万亿吨氧气包围着它，而所有这些氧气，都是植物进行光合作用的副产品。人类每年燃烧70亿吨化石燃料，同时要消耗240亿吨左右的氧气。这一数字看起来非常惊人，实际仅占氧气总量的0。0024％，而且地球上的植物能很快通过光合作用来补充其中的绝大多数。即使植物不再向空气中释放氧气，以人类现在的消耗速度，还需要2000年才能使空气中的氧气含量从21％下降到20％。
人类呼吸氧气含量较高的空气，会感到愉悦，但我们身处氧气含量很高的环境里，那就非常危险了。
人如果在大于半个大气压的纯氧环境中，对所有的细胞都有毒害作用，吸入时间过长，就可能发生“氧中毒”。肺部毛细管屏障被破坏，导致肺水肿、肺淤血和出血，严重影响呼吸功能，进而使各脏器缺氧而发生损害。在1个大气压的纯氧环境中，人只能存活24小时，就会发生肺炎，最终导致呼吸衰竭、窒息而死。在2个大气压的高压纯氧环境中，最多可停留1。5小时～2小时，超过了会引起脑中毒，生命节奏紊乱，精神错乱，记忆丧失。如加入3个大气压甚至更高的氧，人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死，抽搐昏迷，导致死亡。
同样，氧气含量过低也会对生命造成威胁。P1－4