Des phénomènes locaux de déplétion de l’oxygène ont existé dans la période historique avant l’arrivée des engrais de synthèse. Ils semblent induits par des aléas météorologiques exceptionnels, de grands déboisements ou des pics d’érosion après incendies.
Ainsi des traces « fossiles » d’organismes tolérants aux faibles teneurs en oxygène de l’eau ont été détectées dans les sédiments récents, en aval de l’estuaire du Mississippi, indiquant que quatre événements hypoxiques y ont eu lieu avant l'arrivée des engrais chimiques. La datation de ces évènements mémorisés par les sédiments semble dans ces quatre cas correspondre aux records historiques de crue du fleuve, enregistré par des instruments de Vicksburg (Mississippi).
Les premières zones mortes ont été localisées dans les années 1970 aux États-Unis (avec notamment la baie de Chesapeake) et en mer Baltique, dans le Kattegat, puis en mer Noire et dans le nord de la mer Adriatique. Leur nombre a été initialement sous-estimé, car on ne les a recherchées que dans les pays riches et uniquement là où elles avaient déjà un impact économique évident sur la pêche. Celle du golfe du Mexique, très pollué par les eaux du Mississippi qui draine le Middle West agricole a été très étudiée et l'est encore, pendant que d’autres zones naissaient ou étaient découvertes.
Depuis, d’autres zones mortes d'ampleur et de durée annuelle variables ont été recensées par dizaines dans les fjords scandinaves, en Amérique latine, en Chine, au Japon, en Australie du sud-est, et peut-être en Nouvelle-Zélande ; ce dernier pays est peu peuplé (4 millions d'habitants), mais il a été fortement déboisé, a développé un élevage localement intensif de moutons, connaît une pêche intensive au large (poissons de grands fonds en particulier) et connaît des problèmes locaux de carrières, de décharges, de pollution et d’épuration des eaux usées, mais ces problèmes le touchent à une échelle bien moindre, rapportée à sa surface, que les autres pays riches ou en développement (Chine, Inde...). Son environnement marin est réputé être parmi les plus épargnés de la planète, d'autant que ce pays n’utilise a priori que peu de nitrates et pollue faiblement par le phosphore. Néanmoins, pour des raisons encore mal comprises, les eaux de surface de la zone sub-antarctique contiennent de l'azote et du phosphore à des taux aussi élevés, voire plus, qu’au large de l’Europe. Certains auteurs estiment qu’on ne peut pas encore parler de zones mortes pour ce pays, mais de simples blooms planctoniques. Le dernier rapport de l’ONU n’a d’ailleurs pas inclus la Nouvelle-Zélande dans les régions touchées.
L'ONU, dans le cadre de son Programme de protection de l'Environnement marin contre les apports anthropiques, encourage un monitoring et un traitement volontaire de la pollution par les nitrates (Exemples).
Des zones de baisse de concentration en oxygène ont également été récemment détectées dans l'est de l'océan Pacifique tropical et dans le nord de l'océan Indien, a priori dans des zones où la circulation de l’eau est trop faible pour rapidement remplacer l'oxygène consommé par les espèces vivantes ou par la demande biologique en oxygène.
Des accords géographiques, comme OSPAR et HELCOM, incitent à étudier ces situations et aussi à y remédier.