Podrijetlo zraka kakvog poznajemo počinje katastrofom kisika, također poznatom kao Velika oksidacija, koja se dogodila prije oko 2.7 milijardi godina. Prije toga, razina kisika u zraku bila je otprilike 1/50 postotka. To je slično razini kisika prisutnoj u atmosferi Marsa, oko 1/5 postotka. Poput današnjeg Marsa, atmosfera rane Zemlje bila je prvenstveno ugljični dioksid. Danas atmosfera sadrži 20% kisika i samo 0.038% ugljičnog dioksida, što zrak čini potpuno prozračnim za organizme ovisne o kisiku kao što smo mi.
S pojavom oksifotosinteze u mikroorganizmima, ovaj ugljični dioksid se progresivno trošio, stvarajući “otpadni proizvod” elementarnog kisika. Katastrofa kisika jasno je razgraničena u geološkom zapisu unošenjem velikih količina oksigeniranog željeza (rđe). Te se relikvije nazivaju trakaste željezne formacije. Događaj se naziva “katastrofa” jer je kisik toksičan za anaerobne organizme, koje je događaj uništio u velikom broju. Postojao je vremenski odmak od oko 300 milijuna godina prije evolucije prvih organizama koji proizvode kisik i punopravne kisikove katastrofe.
U sljedećim milijardama godina, oksifotosintetski organizmi su cvjetali, proizvodeći sve više i više elementarnog kisika. Povijest zraka, od praktički nula kisika do 20% kisika, proteže se na više od dvije milijarde godina. Tijekom razdoblja karbona, prije otprilike 250 milijuna godina, kada su biljke uspijevale, razine kisika bile su čak i veće nego danas. To je omogućilo postojanje vrlo velikih insekata, uključujući vretenca, Meganeuru, s rasponom krila od dva metra. Današnji zrak bi Meganeura bio nedostupan za disanje zbog relativnog nedostatka kisika.
U tijeku je potraga za izvanzemaljskim planetima sa zrakom sličnim Zemljinom, ali za sada nema uspjeha. Pomnim ispitivanjem spektra planetarnog tijela, astronomi mogu odrediti njegov kemijski sastav, čak i ako je to tijelo iznimno udaljeno. Ovo je ista tehnika koja se koristi za određivanje kemijskog sastava dalekih zvijezda.