Vaikka se on maailmankaikkeuden kahdeksanneksi runsain alkuaine ja maankuoren seitsemänneksi runsain alkuaine, magnesiumia ei koskaan esiinny vapaana luonnossa. Magnesiumin eristi ensimmäisen kerran englantilainen kemisti Sir Humphry Davy elektrolyysillä magnesiumoksidin (MgO) ja elohopeaoksidin (HgO) seoksesta vuonna 1808. Nykyään magnesiumia voidaan uuttaa dolomiitin (CaCO3-MgCO3) ja karnaliitin (KCl-MgCl2-6H2O) mineraaleista, mutta useimmiten sitä saadaan merivedestä. Jokainen kuutiokilometri merivettä sisältää noin 1,3 miljardia kilogrammaa magnesiumia (12 miljardia puntaa kuutiokilometriä kohti).
Magnesium palaa loistavalla valkoisella valolla, ja sitä käytetään pyrotekniikassa, valoraketeissa ja valokuvasalamoissa. Magnesium on kevyin metalli, josta voidaan rakentaa esineitä, vaikka sen käyttö rakennusmateriaalina on rajallista, koska se palaa suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa. Magnesiumia seostetaan usein alumiinin kanssa, jolloin alumiinia on helpompi valssata, suulakepuristaa ja hitsata. Magnesium-alumiiniseoksia käytetään silloin, kun tarvitaan vahvoja ja kevyitä materiaaleja, kuten lentokoneissa, ohjuksissa ja raketeissa. Magnesiumseoksista valmistetaan myös kameroita, hevosenkenkiä, pesäpalloilijoiden maskia ja lumikenkiä.
Magnesiumoksidi (MgO), joka tunnetaan myös nimellä magnesia, on maankuoren toiseksi runsain yhdiste. Magnesiumoksidia käytetään joissakin antasideissa, upokkaiden ja eristysmateriaalien valmistuksessa, joidenkin metallien jalostamisessa malmeistaan ja joissakin sementtityypeissä. Yhdistettynä veden (H2O) kanssa magnesiumoksidi muodostaa magnesiumhydroksidia (Mg(OH)2), joka tunnetaan paremmin nimellä magnesiummaito ja jota käytetään yleisesti antasidina ja laksatiivina.
Hydratoitu magnesiumsulfaatti (MgSO4-7H2O), joka tunnetaan paremmin nimellä Epsomin suola, löydettiin vuonna 1618 erään maanviljelijän toimesta Epsomissa, Englannissa, kun hänen lehmänsä kieltäytyivät juomasta erään tietyn kivennäismaidon kaivon vettä. Hän maistoi vettä ja totesi sen maistuvan hyvin katkeralta. Hän huomasi myös, että se auttoi parantamaan naarmuja ja ihottumaa hänen ihollaan. Epsom-suolaa käytetään vielä nykyäänkin pienten ihohiertymien hoitoon.
Muita magnesiumyhdisteitä ovat magnesiumkarbonaatti (MgCO3) ja magnesiumfluoridi (MgF2). Magnesiumkarbonaattia käytetään eräiden maalien ja musteiden valmistukseen ja sitä lisätään ruokasuolaan paakkuuntumisen estämiseksi. Optisiin linsseihin levitetään ohut magnesiumfluoridikalvo, joka auttaa vähentämään häikäisyä ja heijastuksia.