חמצן הוא האלמנט השלישי בשכיחותו ביקום, על פי מתקן המאיץ הלאומי של תומס ג'פרסון . עם זאת, התגובה שלו עשה את זה נדיר יחסית באווירה של כדור הארץ מוקדם.
Cyanobacteria, אשר אורגניזמים כי "לנשום" באמצעות פוטוסינתזה, לקחת פחמן דו חמצני ונשיפה חמצן, בדיוק כמו צמחים מודרניים. Cyanobacteria היו ככל הנראה אחראי על החמצן הראשון על כדור הארץ, אירוע הידוע בכינויו אירוע החמצון הגדול.
פוטוסינתזה על ידי cyanobacteria היה כנראה מתמשך לפני רמות משמעותיות של חמצן בנוי באטמוספירה של כדור הארץ; מחקר שנערך במרץ 2014 בכתב העת Nature Geoscience מצא כי 2.95 מיליארד שנה סלעים בן נמצאו בדרום אפריקה הכילו תחמוצות כי היה צורך חמצן חופשי להיווצר. סלעים אלה היו במקור בים רדודים, דבר המצביע על כך שהחמצן מהפוטוסינתזה התחיל לצבור בסביבות ימיות כחצי מיליארד שנים לפני שהתחיל לצבור באטמוספרה לפני 2.5 מיליארד שנה.
החיים כיום תלויים במידה רבה בחמצן, אבל הצטברות ראשונית של אלמנט זה באטמוספרה לא היתה אלא אסון. האווירה החדשה גרמה להכחדה המונית של אנאירובים, שהם אורגניזמים שאינם דורשים חמצן. Anaerobes שלא הצליחו להסתגל או לשרוד בנוכחות חמצן מת בעולם החדש הזה. [ אינפוגראפיה: האטמוספרה של כדור הארץ מלמעלה למטה ]
מהר קדימה - קדימה. בני האדם הראשונים שדיווחו על קיומו של חמצן כאלמנט היה ב -1608, כאשר הממציא ההולנדי קורנליוס דרבל דיווח כי החימום של המלט (אשלגן חנקה) שחרר גז, על פי האגודה המלכותית לכימיה (RSC). זהותו של הגז נותרה בגדר תעלומה עד שנות השבעים של המאה התשע-עשרה, כאשר שלושה כימאים התכנסו על תגליתו פחות או יותר באותו זמן. כימאי אנגלי וכומר ג'וזף פריסטלי מבודד את החמצן על ידי אור השמש הזוהר על תחמוצת הכספית ואוסף את הגז מהתגובה. הוא ציין כי נר שרף בהירים יותר בגז זה, על פי RSC, הודות לתפקיד של חמצן הבעירה.
כוהן פרסמו את ממצאיו בשנת 1774, מכים את המדען השוויצרי קרל וילהלם סטיל, אשר למעשה בודד חמצן בשנת 1771 ו כתב על זה, אבל לא פירסם את העבודה. התגלית השלישית של אוקסיגן היתה אנטואן-לורן דה לאבוזייה, כימאי צרפתי שהעניק את שמו לאלמנט. המילה באה מן היוונית "אוקסי" ו "גנים", כלומר "חומצה להרכיב."
לחמצן יש שמונה אלקטרונים - שני מסלולים בגרעין בקונכייה הפנימית של האטום ושישה מסלולים בקונכייה החיצונית ביותר. הקונכייה החיצונית ביותר יכולה להכיל סך של שמונה אלקטרונים, מה שמסביר את הנטייה של החמצן להגיב עם אלמנטים אחרים: הקונכייה החיצונית שלו אינה שלמה, והאלקטרונים חופשיים ולכן הם לוקחים (ונותנים).