Tlen był produkowany przez kilku chemików przed jego odkryciem w 1774 roku, ale nie udało im się go rozpoznać jako odrębnego pierwiastka. Joseph Priestley i Carl Wilhelm Scheele niezależnie od siebie odkryli tlen, ale to Priestly’emu przypisuje się zazwyczaj zasługę odkrycia. Obaj byli w stanie wyprodukować tlen poprzez podgrzanie tlenku rtęci (HgO). Priestley nazwał gaz wytworzony w swoich eksperymentach „zdeplenionym powietrzem”, a Scheele nazwał go „powietrzem ognistym”. Nazwa tlen została stworzona przez Antoine Lavoisiera, który błędnie uważał, że tlen jest niezbędny do tworzenia wszystkich kwasów.

Tlen jest trzecim najobficiej występującym pierwiastkiem we wszechświecie i stanowi prawie 21% atmosfery ziemskiej. Tlen stanowi prawie połowę masy skorupy ziemskiej, dwie trzecie masy ciała ludzkiego i dziewięć dziesiątych masy wody. Duże ilości tlenu mogą być pozyskiwane ze skroplonego powietrza w procesie znanym jako destylacja frakcyjna. Tlen może być również wytwarzany w procesie elektrolizy wody lub przez ogrzewanie chloranu potasu (KClO3).

Tlen jest pierwiastkiem wysoce reaktywnym i może łączyć się z większością innych pierwiastków. Jest on wymagany przez większość organizmów żywych i dla większości form spalania. Zanieczyszczenia w stopionej surówce są spalane strumieniami tlenu pod wysokim ciśnieniem w celu wytworzenia stali. Tlen może być również łączony z acetylenem (C2H2) w celu wytworzenia niezwykle gorącego płomienia używanego do spawania. Ciekły tlen, w połączeniu z ciekłym wodorem, stanowi doskonałe paliwo rakietowe. Ozon (O3) tworzy cienką warstwę ochronną wokół Ziemi, która osłania jej powierzchnię przed promieniowaniem ultrafioletowym Słońca. Tlen jest również składnikiem setek tysięcy związków organicznych.